Předmět Fyzikální chemie (FCH)

Na serveru studentino.cz naleznete nejrůznější studijní materiály: zápisky z přednášek nebo cvičení, vzorové testy, seminární práce, domácí úkoly a další z předmětu FCH - Fyzikální chemie, Vysoká škola báňská - Technická univerzita Ostrava (VŠB-TU).

Materiál	Typ	Datum	Počet stažení

Cíl

- používat základní termodynamické veličiny (entalpie, entropie, Gibbsova energie) pro popis chování systémů- popsat chemické rovnováhy - sledovat závislost rovnovážné konstanty na vnějších faktorech (vliv teploty, tlaku) - popsat fázové rovnováhy – podmínky fázové rovnováhy, Gibbsův fázový zákon, fázové rovnováhy čistých látek - definovat a používat základní pojmy chemické kinetiky – rychlost chemické reakce, kinetické rovnice, reakční řád, rychlostní konstanta, sledovat závislost reakční rychlosti na teplotě, na tlaku- popsat základní články heterogenních reakcí – difúze, adsorpce; určení limitujícího článku heterogenního procesu- aplikovat získané teoretické poznatky na výpočetních a laboratorních cvičeních a na různé procesy chemické praxe.

Osnova

Přednášky:1. Úvod do předmětu. Plynný skupenský stav. Ideální plyn, základní zákony. Chování reálných plynů, kompresibilitnífaktor, viriální koeficienty, kritický stav plynu, van der Waalsova rovnice, princip korespondujících stavů. 2. Chemická termodynamika. Základní pojmy, soustava, termodynamické vlastnosti soustavy, termodynamický děj, termodynamickéstavové funkce. Tepelné kapacity látek, výpočet, změny s teplotou a v průběhu chemické reakce. I. věta termodynamická,formulace a význam. Práce ideálního plynu. Teplo za stálého tlaku a objemu, termodynamická stavová funkce entalpie.Termodynamická definice molových tepel. 3. Výpočet ohřevu a ochlazování látek. Reakční tepla. Termochemické zákony, výpočet reakčních tepel. Závislostreakčního tepla na teplotě, Kirchhoffovy zákony a jejich použití. Teoretické reakční teplota. 4. II. věta termodynamická – formulace a význam. Tepelný stroj, Carnotův cyklus. Termodynamická stavová funkceentropie, výpočet změn entropie za různých podmínek. Entropie z hlediska statistické termodynamiky. 5. Termodynamické potenciály – Helmholtzova a Gibbsova energie. Rozhodování o průběhu a rovnováze dějů. Afinita.Spojení I. a II. VT, vztahy mezi termodynamickými stavovými funkcemi, Maxwellovy rovnice. Teplotní závislost Helmholtzovya Gibbsovy energie, Gibbsova–Helmholtzovy rovnice a jejich použití. 6. Parciální molární veličiny – definice, vlastnosti. Gibbs–Duhemova rovnice. Chemický potenciál a jeho význam.Chemické rovnováhy. Rovnice reakční izotermy, pravá termodynamická rovnovážná konstanta. Vyjadřování rovnovážnýchkonstant pro homogenní a heterogenní chemické reakce. 7. Výpočet rovnovážného složení, stupeň přeměny. Vliv teploty na rovnováhu chemické reakce, rovnice reakční izobarya izochory. Vliv tlaku na rovnováhu chemické reakce. Princip Le Chaterier–Braunův. 8. Fázové rovnováhy. Gibbsův zákon fází, fáze, skupenství, složka, stupeň volnosti. Jednosložková soustava, fázovýdiagram, trojný bod. Rovnováha jednosložkové dvoufázové soustavy, Clapeyronova a Clausius–Clapeyronova rovnice.Rovnováha dvousložkové soustavy. 9. III. věta termodynamická. Nernstův tepelný teorém a jeho důsledky, Planckův postulát. 10. Chemická kinetika a její význam. Kinetika homogenních chemických reakcí. Základní pojmy, rychlost chemickéreakce, Guldberg–Waagův zákon, kinetická interpretace rovnováhy, molekularita a řád chemické reakce, mechanismus.Kinetika reakcí1.řádu, poločas reakce. Kinetika reakcí 2. a vyšších řádů. 11. Mechanismus simultánních chemických reakcí, reakce protisměrné, souběžné a následné, matematické řešení. 12. Závislost reakční rychlosti na teplotě, Arrheniova rovnice. Teorie reakční rychlosti, srážková teorie a teorieabsolutních reakčních rychlostí. Závislost reakční rychlosti na tlaku. 13. Kinetika heterogenních chemických reakcí, články heterogenní kinetiky. Difúze, molekulární difúze, I. a II.Fickův zákon, následná a souběžná difúze, principy řešení. Vliv teploty na difúzní procesy. 14. Adsorpce, fyzikální a chemická. Adsorpce plynů na tuhé fázi. Adsorpční izotermy, Freundlichova, Langmuirova,BET. Jednodušší aplikace spojování článků heterogenní kinetiky.Teoretické cvičeníÚvod - seznámení s časovým harmonogramem cvičení, podmínkami pro získání zápočtu a doporučenou literaturou. Zákonypro ideální plyn a ideální plynné směsi, stavové rovnice pro reálný plyn.Definice tepelné kapacity, její závislost na způsobu převodu tepla (izobarická a izochorická tepelná kapacita),na velikosti soustavy (molární a specifická tepelná kapacita) a na teplotě ( pravá a střední tepelná kapacita,empirické závislosti). Změna tepelné kapacity při chemické reakci. Ohřev a ochlazování látek za izobarických podmínek se zohledněním izotermickéfázové přeměny. Izochorický ohřev a ochlazování ideálního plynu.Reakční teplo, termochemické zákony, standardní reakční entalpie, slučovací entalpie, spalná entalpie a jejichvzájemné souvislosti, reakční entalpie podle Hessova zákona. Závislost standardní reakční entalpie na teplotě, reakční entalpie pro chemickou reakci s izotermickou fázovoupřeměnou látek a bez této přeměny.Změna entropie při ohřevu a ochlazování látek, standardní reakční entropie a její závislost na teplotě.Samostatná výpočtová práce I.Standardní reakční Gibbsova energie a její závislost na teplotě.Chemické rovnováhy - různé formy rovnovážných konstant pro reakce homogenní a heterogenní, rovnovážný stupeň přeměnya jeho aplikace při výpočtu rovnovážného složení a výpočtu rovnovážné konstanty. Chemické rovnováhy - reakční izoterma pro soustavu v rovnováze a soustavu mimo rovnováhu. Simultánní rovnováhy.Chemické rovnováhy - reakční izobara, závislost rovnovážné konstanty na teplotě, výpočet střední reakční entalpie,určení teplotní závislosti reakční entalpie, reakční entropie a reakční Gibbsovy energie z teplotní závislostirovnovážné konstanty. Fázové rovnováhy v jednosložkové dvoufázové soustavě – Clapeyronova a Clausius-Clapeyronova rovnice. Teplotnízávislost molární výparné entalpie. Teplota a tlak v trojném bodě.Reakční homogenní kinetika - sledování časového průběhu reakce, reakční rychlost, integrované kinetické rovnicepro reakci 1. a 2. řádu, závislost rychlostní konstanty na teplotě (Arrheniova rovnice) Samostatná výpočtová práce II.Laboratorní cvičení Bezpečnost práce v laboratoři, seznámení s laboratorními úlohami, základní informace o průběhu cvičení a formulacepožadavků pro zpracování protokolu.Stanovení teplotní závislosti tlaku nasycených par kapaliny a její molární výparné entalpie.Adsorpce kyseliny šťavelové na aktivním uhlí.Stanovení rozdělovacího koeficientu.Stanovení hustoty vodných roztoků glycerolu v závislosti na koncentraci metodou ponorného tělíska a pyknometricky.Termický rozklad uhličitanů.Fázový diagram třísložkové soustavy.Vodivostní stanovení rovnovážné konstanty elektrolytické disociace slabého elektrolytu.Stanovení tepelné kapacity kalorimetru a spalného tepla paliv.Hodnocení obsahové a formální úrovně protokolů, zápočet.

Literatura

[1] DOBROVSKÁ, Jana. Fyzikální chemie - 1.část [online] 2008. Dostupné z WWW: <http://www.fmmi.vsb.cz/cs/okruhy/urceno-pro/studenty /podklady-ke-studiu/studijni-opory/>.[2] PEŘINOVÁ, Kristina; SMETANA, Bedřich; ZLÁ, Simona; KOSTIUKOVÁ, Gabriela. Teoretické základy fyzikální chemie v příkladech [online] 2008. Dostupné z WWW: < http://www.fmmi.vsb.cz/cs/okruhy/urceno-pro/studenty /podklady-ke-studiu/studijni-opory/>[3] NOVÁK, J.a kol.Fyzikální chemie:bakalářský kurs. Praha: VŠCHT, 2005. 216s. Elektronická verze: http://vydavatelstvi.vscht.cz/knihy/uid_isbn- 80-7080-559-5/pages-img/001.html

Požadavky

Žádné

Garant

prof. Ing. Jana Dobrovská, CSc.

Vyučující

prof. Ing. Jana Dobrovská, CSc.doc. Ing. Rostislav Dudek, Ph.D.Ing. Hana Francová, Ph.D.Mgr. Aleš KalupIng. Monika Kawuloková, Ph.D.Ing. Gabriela KostiukováRNDr. Kristina PeřinováIng. Simona Zlá, Ph.D.