546-0507/02 – Fyzikální chemie I (FCHI)
| Garantující katedra | Katedra environmentálního inženýrství | Kredity | 3 |
| Garant předmětu | doc. Mgr. Eva Pertile, Ph.D. | Garant verze předmětu | doc. Mgr. Eva Pertile, Ph.D. |
| Úroveň studia | pregraduální nebo graduální | Povinnost | povinný |
| Ročník | 2 | Semestr | zimní |
| | Jazyk výuky | čeština |
| Rok zavedení | 2015/2016 | Rok zrušení | 2019/2020 |
| Určeno pro fakulty | HGF | Určeno pro typy studia | bakalářské |
Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi
Fyzikální chemie zaujímá centrální postavení mezi ostatními chemickými obory, protože se zabývá studiem zákonitostí, které zasahují prakticky do všech chemických disciplín a ovlivňují jejich rozvoj. Učivo navazuje na znalosti z předmětu chemie, fyzika, a matematika. Cílem přednášek je seznámit posluchače s obecnými základy teoretických postupů různých vědních disciplín v ucelené formě, vycházející ze základních fyzikálních principů a prohloubit jejich znalosti významných závěrů a aplikací, včetně současných aplikací ve vědě a technice. Dalším cílem předmětu je rovněž získat vědomostí o principech a zákonitostech fyzikálně chemických dějů. Po úspěšném ukončení předmětu se předpokládá, že posluchač se bude orientovat v problematice základních pojmů fyzikální chemie, jejich principech, vztazích a zákonitostech z oblasti složení a struktury látek, termodynamiky, reakční kinetiky, elektrochemie a koloidní chemie, jejich praktickém významu a bude také schopen používat nabyté vědomosti obecného charakteru jak v dalších chemických předmětech, tak i v řešení aplikačních problémů.
Vyučovací metody
Přednášky
Individuální konzultace
Cvičení (v učebně)
Anotace
Fyzikální chemie jako vědní disciplína, její vztahy s ostatními vědami. Využití fyzikální chemie pro pochopení dějů ovlivňujících životní prostředí. Předmět pokrývá elementární části fyzikální chemie (základní pojmy a veličiny, stavové chování, základy termodynamiky), na která navazují témata z oblastí fázových rovnováh, rovnováh chemických reakcí, vybrané partie z oblasti vlastností a chování systémů obsahujících elektrolyty a popis rychlosti chemických reakcí - kinetika.
Povinná literatura:
Doporučená literatura:
Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta
Vědomosti studenta jsou ověřovány písemnou formou, přičemž je kladen důraz na porozumění danému tématu a aplikaci teoretických poznatků při řešení praktických úloh. Hodnocení zahrnuje i kolektivní hodnocení a sebehodnocení. Do celkového hodnocení je zahrnuta i aktivní práce studentů v hodině. V rámci individuální přípravy si student na zadaných příkladech procvičí základní výpočty aplikované ve fyzikální chemii. Na základě odevzdání výpočtového protokolu mu pak bude udělen zápočet.
E-learning
Další požadavky na studenta
Aktivní účast na přednáškách a ve cvičeních, prokázaná úspěšným zpracováním dílčích úkolů, zadávaných průběžně v semestru. Vypracování výpočtového protokolu.
Prerekvizity
Předmět nemá žádné prerekvizity.
Korekvizity
Předmět nemá žádné korekvizity.
Osnova předmětu
1. Úvod: Fyzikální chemie z hlediska aplikací významných pro analytickou chemii a technologie používané v environmentálním inženýrství. Základní pojmy, termodynamický systém, termodynamický děj, stavové veličiny. Látky a jejich soustavy. Chemické a fyzikální děje. Vyjadřování stavu a složení soustavy.
2. Skupenské stavy látek: Skupenství plynné - stavová rovnice ideálního plynu, směsi ideálních plynů, reálné plyny a jejich stavové chování, kritický stav a zkapalňování plynů.
3. Skupenství kapalné - stavové chování kapalin, tlak páry nad kapalinou, povrchové napětí, viskozita. Skupenství tuhé - krystalová struktura, rentgenostrukturní analýza, poruchy krystalové mřížky, pásový model tuhých látek.
4. Rovnovážná termodynamika: Vybrané termodynamické pojmy, tepelné kapacity, I.věta termodynamiky. Vnitřní energie. Objemová práce. Vratný a nevratný děj. Adiabatický děj. Tepelné kapacity. Enthalpie.
5.Termochemie. Kalorimetrie. Aplikace 1. věty termodynamické na ideální plyn, práce ideálního plynu. II.věta termodynamiky. Tepelné stroje.
6. Entropie a její závislost na tlaku a teplotě. Helmholtzova a Gibbsova energie. Závislost Gibbsovy energie na tlaku a teplotě.
7. Termodynamická rovnováha. Helmholtzova a Gibbsova energie, vztahy mezi termodynamickými veličinami, kriteria termodynamické rovnováhy, parciální molární veličiny, chemický potenciál, aktivita.
8. Chemické rovnováhy: homogenní a heterogenní soustava. Podmínky chemické rovnováhy. Reakční izoterma. Rovnovážná konstanta, možnosti jejího vyjádření a její závislost na p, T.
9. Princip pohyblivé rovnováhy. Le Chatelierův princip. Možnosti ovlivnění výtěžku chemické reakce. Chemická rovnováha v neideálních soustavách.
10. Fázové rovnováhy: Podmínky fázové rovnováhy. Chemický potenciál. Gibbsův fázový zákon. Fázové diagramy jednosložkových soustav. Fázové přeměny. Clapeyronova a Clausius-Clapeyronova rovnice.
11. Roztoky a vícesložkové soustavy: klasifikace roztoků, roztoky ideální a reálné, termodynamické funkce roztoků. Raoultův zákon a jeho důsledky. Osmotický tlak. Rozpustnost tuhých látek. Henryho zákon.
12. Fázové diagramy dvousložkových soustav: tuhá látka – kapalina, kapalina – kapalina (neomezeně resp. omezeně mísitelné, nemísitelné), tuhá látka – tuhá látka (mísitelné či nemísitelné v tuhé fázi, tvorba sloučeniny v tuhé fázi). Destilace, rektifikace, destilace s vodní parou, přerušovaná krystalizace.
13. Koligativní vlastnosti – roztoky netěkavých látek. Binární kapalné směsi neomezeně mísitelných, omezeně mísitelných a nemísitelných složek.
14. Rozdělovací rovnováhy, Nernstův rozdělovací zákon, extrakce, jednodušší a složitější rozdělovací rovnováhy.
Podmínky absolvování předmětu
Výskyt ve studijních plánech
Výskyt ve speciálních blocích
Hodnocení Výuky