Předmět Vybrané kapitoly z fyzikální chemie (VKFCH)

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

Materiál	Typ	Datum	Počet stažení

Cíl

- sledovat a popisovat fázové rovnováhy ve vícesložkových soustavách- charakterizovat roztoky - empirické zákony, termodynamické funkce a modely roztoků- stanovit hodnoty parciálních molárních veličin- analyzovat fázové diagramy binárních kapalných soustav- aplikovat termodynamické funkce na roztoky elektrolytů - charakterizovat možnosti využití elektrochemických článků – popis elektrochemických soustav - elektrody, elektrolýza, galvanické články) - aplikovat získané teoretické poznatky na teoretických a laboratorních cvičeních a v chemické praxi

Osnova

1. Roztoky. Klasifikace roztoků. Roztoky neelektrolytů, roztoky ideální a reálné. Empirické zákony popisujícíroztoky – Raoultův zákon a Henryho zákon. Reálné roztoky, volba standardního stavu pro složky roztoku, odchylkyvzhledem k Raoultovu a Henryho zákonu, různé pojetí aktivit, aktivitní koeficient. Vícesložkové soustavy, interakčnísoučinitel.2. Termodynamické funkce roztoků. Parciální molární veličiny. Diferenciální a integrální veličiny. Směšovací, dodatkovéa rozpouštěcí veličiny. Určování parciálních molárních veličin. Termodynamické modely roztoků – model ideálního,reálného, regulárního, atermálního roztoku. Gibbs-Duhemova rovnice a její význam. Závislost aktivity a aktivitníhokoeficientu na teplotě. 3. Koligativní vlastnosti roztoků neelektrolytů. Snížení tlaku par rozpouštědla nad roztokem, ebulioskopický akryoskopický efekt, osmotický tlak, osmóza. Fázové diagramy binárních kapalných směsí. Neomezeně mísitelné kapalnésměsi (izobarické a izotermické diagramy, diagramy rovnovážného složení fází, soustavy ideální a reálné), omezeněmísitelné kapalné směsi (izobarické diagramy) a nemísitelné kapalné směsi (izobarické diagramy). 4. Destilace a rektifikace. Průběh procesu na izobarickém fázovém diagramu, azeotropy, význam. Izotermicko-izobarickédiagramy kapalných ternárních soustav. Rozdělovací rovnováhy, Nernstův rozdělovací zákon, extrakce. Terminologieelektrochemie. Elektrolyty silné a slabé, proces rozpouštění elektrolytů, nábojové číslo iontu, teorie elektrolytickédisociace, disociační konstanta, disociační stupeň. 5. Elektrolýza. Faradayovy zákony, redukční děje na katodě, oxidační děje na anodě, proudový výtěžek elektrolýzy,význam a uplatnění v technologii. Coulometrie. Převodová čísla iontů, pohyblivost iontů, stanovení převodovýchčísel, Hittorfova metoda, metoda pohyblivého rozhraní. 6. Vodivost roztoků elektrolytů. Měrná a molární vodivost elektrolytu, její závislost na koncentraci. Limitní molárnívodivost elektrolytu. Teorie iontové vodivosti, Kohlrauschův zákon o nezávislé vodivosti iontů. Závislost iontovévodivosti na vybraných činitelích. Měření vodivosti a využití vodivostních měření (Ostwaldův zřeďovací zákon,stanovení součinu rozpustnosti, konduktometrické titrace).7. Silné elektrolyty. Příčina odchylek od ideálního chování. Osmotický koeficient. Aktivita a aktivitní koeficient,souvislost středních a iontových veličin. Iontová síla roztoku. Debye-Hückelova teorie silných elektrolytů. Vodivostníkoeficient, elektroforetický efekt, relaxační efekt. Součin rozpustnosti a možnosti ovlivnění rozpustnosti málorozpustných elektrolytů.8. Rovnováhy v roztocích slabých elektrolytů. Iontový součin vody. Výklad pojmu kyselina a báze (Arrheniova, Brönstedovaa Lewisova teorie). Klasifikace rozpouštědel. Měření pH a acidobazické indikátory. Disociace slabých kyselin azásad. Hydrolýza. Pufry (Henderson – Hasselbachova rovnice, pufrační kapacita, význam). Amfolyty.9. Elektrody. Potenciály v elektrochemii - elektrodový (řada napětí kovů), redoxní, kapalinový, membránový. Klasifikaceelektrod, popis, funkce, uplatnění – elektrody 1.druhu, elektrody 2.druhu, redoxní elektrody a iontově-selektivníelektrody. 10. Galvanické články. Klasifikace článků, elektromotorické napětí a jeho měření. Chemické články s převodem abez převodu iontů, koncentrační články elektrodové a elektrolytové, koncentrační články s převodem a bez převoduiontů. Termodynamika galvanického článku. 11. Galvanické články (pokračování). Teorie kapalinového potenciálu. Elektromotorické napětí článků s kapalinovýmpotenciálem. Význam galvanických článků. Elektrochemické zdroje proudu. 12. Potenciometrie. Přímá potenciometrie - stanovení pH, stanovení součinu rozpustnosti, aktivitních koeficientů,disociační konstanty. Potenciometrická titrace - sledování a popis potenciometrické oxidačně redukční titrace,titrační křivka, potenciál v bodě ekvivalence.13. Elektrodové procesy. Polarizace elektrod. Chemická a koncentrační polarizace, možnosti eliminace a význam.Rozkladné napětí a přepětí. Přepětí vodíku, Tafelova rovnice, význam. Přepětí kyslíku. Základy polarografie. Základyelektrochemické koroze.14. Reálné plyny. Stavové rovnice, grafické zobrazení, kompresibilitní faktor, kompresibilitní diagram, termodynamickéstavové funkce plynů, fugacita reálných plynů a možnosti výpočtu, Joule-Thomsonův efekt, inverzní teplota. Termodynamikakapalin. Vnitřní tlak kapalin, povrchová energie, povrchové napětí.Výpočtová cvičení- Úvod, koncentrace roztoků, Raoultův a Henryho zákon.- Reálné roztoky neelektrolytů, různé pojetí aktivit, termodynamické funkce roztoků, určení parciálních molárních veličin.- Koligativní vlastnosti roztoků. Mísitelné, omezeně mísitelné a nemísitelné binární kapalné směsi.- Samostatná výpočtová práce I.- Elektrolýza, převodová čísla iontů. Vodivost elektrolytů. Silné elektrolyty, souvislost mezi iontovými a středními veličinami, Debye- Hückelův zákon. Součin rozpustnosti.- Rovnováhy v roztocích slabých elektrolytů, pufrační kapacita.- Potenciály elektrod, elektromotorické napětí galvanického článku a výpočtové aplikace pro určení fyzikálně chemických veličin.- Samostatná výpočtová práce II.Laboratorní cvičení- Bezpečnost práce v laboratoři, seznámení s laboratorními úlohami, základní informace o průběhu cvičení a formulace požadavků pro zpracování protokolu.- Stanovení parciálních molárních veličin v kapalných soustavách. - Měření viskozity Höpplerovým viskozimetrem.- Potenciometrické stanovení disociační konstanty slabých kyselin.- Stanovení pH a pufrační kapacity pufrů, závislost pufrační kapacity na složení pufrů . - Elektrolýza vodných roztoků elektrolytů. - Stanovení stupně asociace kyseliny benzoové v xylenu. - Stanovení součinu rozpustnosti a rozpouštěcího tepla obtížně rozpustných elektrolytů konduktometricky.- Určení středních aktivitních koeficientů měřením elektromotorického napětí.- Chinhydrónová elektroda a stanovení jejího standardního potenciálu měřením elektromotorického napětí. - Rozpustnost látek.- Vodivostní stanovení termodynamické disociační konstanty slabé kyseliny.- Stanovení kapalinového a membránového potenciálu.- Hodnocení obsahové a formální úrovně protokolů, zápočet.

Literatura

[1] NOVÁK,J. a kol. Fyzikální chemie: bakalářský a magisterský kurz. Praha: VŠCHT, 2011. 490 s. Elektronická verze: http://www.vscht.cz/fch/cz/pomucky/FCH4Mgr.pdf[2] KELLÖ,V., TKÁČ,A. Fyzikálna chemia. Bratislava: Alfa, 1977. 778 s.[3] BUREŠ, M., ČERNÝ, Č., CHUCHVALEC, P. Fyzikální chemie II. Praha: VŠCHT, 1994. 335 s.[4] DUDEK,Rostislav; PEŘINOVÁ, Kristina; KALOUSEK Jaroslav. Teorie technologických procesů [online] 2012. Dostupné z WWW: <http://www.person.vsb.cz/archivcd/FMMI/TTP/index.htm>.

Požadavky

Žádné

Garant

doc. Ing. Kamila Kočí, Ph.D.

Vyučující

Ing. Monika Kawuloková, Ph.D.doc. Ing. Kamila Kočí, Ph.D.RNDr. Kristina Peřinová