C4660 Fyzikální chemie I

Přírodovědecká fakulta
jaro 2025
Rozsah
2/0/0. 2 kr. (plus ukončení). Ukončení: zk.
Vyučováno kontaktně
Vyučující
doc. Mgr. Markéta Munzarová, Dr. rer. nat. (přednášející)
Mgr. Hugo Semrád, Ph.D. (cvičící)
doc. Mgr. Dominik Heger, Ph.D. (přednášející)
prof. RNDr. Jan Hrbáč, Ph.D. (cvičící)
Mgr. Jakub Nagy (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
předmět má 42 mateřských oborů, zobrazit
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 a reálný plyn. Vnitřní energie.
  • Stavová rovnice ideálního plynu. Směsi plynů. Reálné plyny, kondenzace a Van der Waalsova stavová rovnice. 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, adiabatické děje.
  • 3. Termochemie.
  • Standardní entalpie. Změny entalpie při fyzikálních a chemických přeměnách, Bornův-Haberův cyklus. Standardní slučovací entalpie. Hessův a Kirchhoffův zákon.
  • 4. Druhý termodynamický zákon I.
  • Disipace energie. Entropie: termodynamická definice a statistický pohled, entropie jako stavová veličina, Clausiova nerovnost.
  • 5. Druhý termodynamický zákon II.
  • Změny entropie doprovázející vybrané děje. Třetí zákon termodynamiky. Helmholtzova a Gibbsova energie: Kritéria samovolnosti a maximální práce.
  • 6. Druhý termodynamický zákon III:
  • Standardní molární Gibbsova energie. Spojení prvního a druhého termodynamického zákona: Fundamentální rovnice. Závislost Gibbsovy energie na teplotě a tlaku.
  • 7. Fázové přechody čistých látek.
  • Fázové diagramy: fázová stabilita, koexistenční křivky, tři typické fázové diagramy. Termodynamické aspekty fázových přechodů: Závislost stability na podmínkách. Poloha koexistenčních křivek: Clapeyronova a Clausius-Clapeyronova rovnice.
  • 8. Jednoduché směsi I: Termodynamický popis. Paricální molární objem a chemický potenciál. Gibbsova-Duhemova rovnice. Směšovací Gibbsova energie ideálních plynů. Ideální a ideální zředěné roztoky. Raoultův a Henryho zákon.
  • 9. Jednoduché směsi II: Vlastnosti roztoků.
  • Koligativní vlastnosti: společné rysy, zvýšení teploty varu, snížení teploty tání, osmóza. Diagramy s tlakem par. Diagramy teplota-složení: destilace směsí, azeotropy. Fázové diagramy rovnováha kapalina-kapalina.
  • 9_ABCHM. Koligativní vlastnosti. 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. Jednoduché směsi III: Aktivity.
  • Aktivita rozpouštědla a rozpuštěné látky. Aktivity iontů v roztoku: Aktivitní koeficienty a Debye-Huckelův limitní zákon.
  • 10_ABCHM. 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. Chemická rovnováha I.
  • Minimum Gibbsovy energie. Popis rovnováhy. Rovnováha v ideálním plynu pro izomerizaci. Případ obecné reakce. Vztah mezi rovnovážnými konstantami a molekulová interpretace.
  • 11_ABCHM. 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. Chemická rovnováha II.
  • Odezva rovnováh na změny podmínek. Jak reagují rovnováhy na změnu tlaku.Odezva na změnu teploty: Van't Hoffova rovnice.
  • 12_ABCHM. Elektrochemie II.
  • Standardní potenciály a rovnovážné konstanty. Nernstova rovnice. Elektrolytické články. Produkty elektrolýzy. Elektrochemie v biochemii.
  • 13. Rovnovážná elektrochemie I.
  • Poloreakce a elektrody. Druhy článků: kapalinový potenciál a zápis článků. Napětí článku: Nernstova rovnice, články v rovnováze.
  • 13_ABCHM. 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. Rovnovážná elektrochemie II.
  • Standardní elektrodové potenciály a jejich využití: řada napětí kovů, určování aktivitních koeficientů, rovnovážných konstant a termodynamických funkcí.
  • 14_ABCHM. 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
Záložky
https://is.muni.cz/ln/tag/PříF:C4660!
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.
Navazující předměty
Informace učitele
Předmět C3150 Fyzikální chemie I - seminář je silně doporučen jako významná pomoc k úspěšnému absolvování předmětu C4660.
Další komentáře
Předmět je vyučován každý semestr.
Výuka probíhá každý týden.
Nachází se v prerekvizitách jiných předmětů
Předmět je zařazen také v obdobích podzim 2007 - akreditace, jaro 2008 - akreditace, jaro 2011 - akreditace, podzim 2010 - akreditace, jaro 2001, jaro 2002, jaro 2003, jaro 2004, jaro 2005, podzim 2005, jaro 2006, podzim 2006, jaro 2007, podzim 2007, jaro 2008, podzim 2008, jaro 2009, podzim 2009, jaro 2010, podzim 2010, jaro 2011, jaro 2012, podzim 2011 - akreditace, jaro 2012 - akreditace, jaro 2013, jaro 2014, jaro 2015, jaro 2016, jaro 2017, jaro 2018, jaro 2019, jaro 2020, jaro 2021, jaro 2022, jaro 2023, jaro 2024.