C4020 Fyzikální chemie II

Přírodovědecká fakulta
podzim 2024
Rozsah
2/0/0. 2 kr. (příf plus uk plus > 4). Ukončení: zk.
Vyučováno kontaktně
Vyučující
doc. Mgr. Markéta Munzarová, Dr. rer. nat. (přednášející)
doc. Mgr. Dominik Heger, Ph.D. (přednášející)
Mgr. Hugo Semrád, Ph.D. (cvičící)
Mgr. Lukáš Veselý (cvičící)
Garance
doc. Mgr. Dominik Heger, Ph.D.
Ústav chemie – Chemická sekce – Přírodovědecká fakulta
Dodavatelské pracoviště: Ústav chemie – Chemická sekce – Přírodovědecká fakulta
Rozvrh
Út 11:00–12:50 B11/205
Předpoklady
C4660 Fyzikální chemie I
Absolvování předmětu C4660 Základy fyzikální chemie.
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Mateřské obory/plány
Cíle předmětu
Cílem předmětu C4020 je poskytnout studentům základní porozumění principům, technikám a aplikacím kvantové chemie a chemické kinetiky.
Výstupy z učení
Student bude po absolvování tohoto předmětu schopen:
- Provádět výpočty dovolených hladin energie pro jednoduché kvantové systémy
- zapsat a řešit kinetické rovnice pro chemické reakce
- využívat symetrii ke klasifikaci orbitálních inetrakcí
Osnova
  • 1. Kvantová teorie (Atkins 7+8), MM
  • Záření černého tělesa a Planckův vztah pro energii. Částicová povaha EM záření a vlnová povaha částic. Schrödingerova rovnice v 1D: Částice v potenciálové jámě. Vlnové funkce a hladiny energie, Bornova pravděpodobnostní interpretace, normování.
  • 2. Struktura a spektra atomů (Atkins 9), MM
  • Spektrální linie atomu H, energie vázaných stavů a hlavní kvantové číslo n. Význam pojmu atomový orbital, orbital 1s: radiální část vlnové funkce a radiální distribuční funkce. Kvantová čísla l a ml , orbitaly 2s-3d. Atomy s více elektrony: stínění a efektivní náboj, Slaterova pravidla.
  • 3. Struktura molekul (Atkins 10), MM.
  • Křivka potenciální energie. Teorie molekulových orbitalů: molekulový ion H2+. Interakce dvou AO: vazebné orbitaly a protivazebné orbitaly. Izoplochy a symetrické nálepky MO. Interakční diagram a vliv překryvu. Přehled MO homonukleárních biatomických molekul, odlišnosti heteronukleárních molekul.
  • 4. Vibrační a rotační spektra (Atkins 8+12), MM
  • Harmonický pohyb a energetické hladiny harmonického oscilátoru. Částice na povrchu koule, energetické hladiny a moment hybnosti. Moment setrvačnosti a hladiny rotační energie. Molekulové vibrace a hladiny vibrační energie.
  • 5. Magnetická rezonance (Atkins 14), MM
  • Stern-Gerlachův experiment a elektronový spin. Jaderné spiny. Energie elektronů a jader v magnetickém poli. Rezonanční podmínka pro elektrony. Rezonanční podmínka pro jádra se spinem 1/2.
  • 6. Statistická termodynamika (Atkins 15), MM
  • Okamžitá konfigurace, váha konfigurace (W), výpočet váhy distribuce. Vztah pro ln W pomocí Stirlingovy aproximace. Boltzmannovo rozdělení: pojem dominantní konfigurace, podmínka konstantní energie a konstantního počtu částic, závislost populace na energii. Molekulová partiční funkce, její zápis pro rigidní rotor a interpretace.
  • 7. Kinetická teorie plynů (Atkins 20.1.1), DH
  • Tlak ideálního plynu mikroskopicky. Předpoklady kinetického modelu. Střední kvadratické rychlosti. Hustota pravěpodobnosti a distribuční funkce. Od Boltzmannova rozdělení energií k Maxwellovu rozdělení vektoru rychlostí.
  • 8. Pohyb molekul v plynech (Atkins 20.1), DH
  • Maxwellova distribuce velikosti rychlostí a enrgií pro různé hmotnosti a teploty. Nejpravděpodobnější rychlost a střední rychlost. Srážky molekul. Srážkový parametr, účinný průřez, srážková trubice, srážková frekvence. Střední volná dráha.
  • 9. Transportní vlastnosti ideálního plynu, difuze (Atkins 20.1.4+20.3), DH
  • Fenomenologický popis transportních vlastností. Pojem difuze. Tok a jeho souvislost s gradientem koncentrace: 1. Fickův zákon difuze. Difúzní koeficient a střední volná dráha. 2. Fickův zákon difuze.
  • 10-13. Chemická kinetika – (Atkins 21+22), DH
  • Plochy potenciální energie (Atkins 22.3.2). Princip mikroskopické reversibility. Typické reakční mechanismy a přesná řešení jejich rychlostních rovnic pro paralelní, následné a vratné reakce. Řešení rychlostních rovnic využívající přiblížení: pseudo první řád, předřazená rovnováha. Ustálený stav, kinetické a termodynamické řízení reakcí. Konkrétní řešení kinetických problémů: Lindemanův mechanismus unimolekulárního rozkladu. Homogenní katalýza – pomocí principu předřazené rovnováhy a aproximace ustáleného stavu.
Literatura
    povinná literatura
  • Atkins Peter, de Paula Julio: Fyzikální chemie, VŠCHT Praha (1. vydání, 2013) , ISBN: 978-80-7080-830-6.
    doporučená literatura
  • ATKINS, P. W. a Julio DE PAULA. Atkins' physical chemistry. 9th ed. Oxford: Oxford University Press, 2010, xxxii, 972. ISBN 9780199543373. info
  • HOUSTON, Paul L. Chemical kinetics and reaction dynamics. New York: Dover Publications, 2006, xix, 330. ISBN 0486453340. info
    neurčeno
  • KLOUDA, Pavel. Fyzikální chemie : studijní text pro SPŠCH. 2., upr. a dopl. vyd. Ostrava: Pavel Klouda, 2002, 139 s. ISBN 8086369064. info
  • ATKINS, P. W. a Julio DE PAULA. Atkins' physical chemistry. 8th ed. Oxford: Oxford University Press, 2006, xxx, 1064. ISBN 0198700725. info
  • ATKINS, P. W. a Julio DE PAULA. Atkins' physical chemistry. 7th ed. Oxford: Oxford University Press, 2002, xxi, 1150. ISBN 0198792859. info
  • ATKINS, P. W. Physical chemistry. 6th ed. Oxford: Oxford University Press, 1998, 1014 s. ISBN 0198501013. info
  • MOORE, Walter J. Fyzikální chemie. 2. vyd. Praha: Nakladatelství technické literatury, 1981, 974 s. info
Záložky
https://is.muni.cz/ln/tag/PříF:C4020!
Výukové metody
Předmět tvoří 13 přednášek. Silně se doporučuje absolvovat simultánně s přednáškou také seminář C4020.
Metody hodnocení
Prezenční písemný test nebo distanční ústní zkouška přes MsTeams, dle volby studenta.
Forma (distanční nebo prezenční) bude upřesněna s ohledem na aktuální situaci.
Obě formy zkoušky budou založeny na zadání otázek a úloh v rozsahu 6ti stran po jednotlivých tématech. Obě budou hodnoceny plným počtem bodů v případě zcela správné odpovědi, polovinou bodů v případě částečně správně odpovědi, resp. nulovým ziskem při žádné nebo výrazně nesprávné odpovědi.
Pro úspěšné složení ZK bude potřeba získat z testu nebo ústní zkoušky 60% bodů celkem a 25% bodů za každou stranu. Pokud bude splněn bodový limit 60% bodů celken a limit 25% bodů bude splněn v 5ti oblastech ze 6ti, bude možné ústní dozkoušení z problematické kapitoly.
Test/ústní výkon bude též oznámkován dle šablony 60-67% E, 68-75% D, 76-83% C, 84-91% B, 92-100% A.
Navazující předměty
Informace učitele
Doporučuje se zapsat společně s předmětem C4040 Pokročilá fyzikální chemie - seminář.
Další komentáře
Studijní materiály
Předmět je vyučován každoročně.
předmět předpokládá znalosti fyzikální chemie v rozsahu C4660.
Nachází se v prerekvizitách jiných předmětů
Předmět je zařazen také v obdobích jaro 2008 - akreditace, jaro 2011 - akreditace, jaro 2000, podzim 2010 - akreditace, jaro 2001, jaro 2002, jaro 2003, jaro 2004, jaro 2005, jaro 2006, jaro 2007, jaro 2008, jaro 2009, jaro 2010, podzim 2010, jaro 2011, podzim 2011, podzim 2011 - akreditace, podzim 2012, podzim 2013, podzim 2014, podzim 2015, podzim 2016, podzim 2017, podzim 2018, podzim 2019, podzim 2020, podzim 2021, podzim 2022, podzim 2023.
  • Statistika zápisu (nejnovější)
  • Permalink: https://is.muni.cz/predmet/sci/podzim2024/C4020