619-0802/01 – Vybrané kapitoly z fyzikální chemie (VKFCH)
| Garantující katedra | Katedra fyzikální chemie a teorie technologických procesů | Kredity | 8 |
| Garant předmětu | prof. Ing. Kamila Kočí, Ph.D. | Garant verze předmětu | prof. Ing. Kamila Kočí, Ph.D. |
| Úroveň studia | pregraduální nebo graduální | Povinnost | povinný |
| Ročník | 1 | Semestr | zimní |
| | Jazyk výuky | čeština |
| Rok zavedení | 2005/2006 | Rok zrušení | 2015/2016 |
| Určeno pro fakulty | FMT | Určeno pro typy studia | navazující magisterské |
Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi
- 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
Vyučovací metody
Přednášky
Individuální konzultace
Cvičení (v učebně)
Experimentální práce v laboratoři
Anotace
Termodynamika roztoků s nenabitými částicemi (empirické zákony, roztoky
ideální, zředěné, reálné, termodynamické modely, fázové diagramy), binární
kapalné směsi omezeně mísitelné a nemísitelné. Vlastnosti elektrolytů a
heterogenních elektrochemických soustav (elektrody, galvanické články,
elektrolyzéry), popis a aplikace elektrochemických metod (metody založené na
elektrodovém ději, metody založené na měření elektrických vlastností roztoku).
Termodynamika reálných plynných směsí.
Povinná literatura:
Dvořák,J., Koryta,J. Elektrochemie, SNTL, Praha 1983.
Bureš,M., Černý, Č., Chuchvalec, P. Fyzikální chemie II, skriptum VŠCHT, Praha 1994.
Moore,W.J. Fyzikální chemie, SNTL, Praha 1979.
Kellö,V., Tkáč,A. Fyzikálna chemia, ALFA, Bratislava 1972.
Brdička,R., Dvořák,J. Základy fysikální chemie, ACADEMIA, Praha 1977.
Atkins,P.W., Fyzikálna chémia. STU, Bratislava 1999.
Kopečný,M., Dorušková,M. Návody do cvičení z fyzikální chemie, skriptum
VŠB-TUO, Ostrava 1997.
Nevěčná,T. Praktikum z fyzikální chemie, skriptum UP, Olomouc 1990.
Brož,P., Holík,M., Janderka,P., Trnková,L. Laboratorní cvičení z fyzikální
chemie, skriptum MU, Brno 1998.
Adamcová,Z. Příklady a úlohy z fyzikální chemie, SNTL, Praha 1989.
Doporučená literatura:
Nevěčná,T. Praktikum z fyzikální chemie, skriptum UP, Olomouc 1990.
Brož,P., Holík,M., Janderka,P., Trnková,L. Laboratorní cvičení z fyzikální
chemie, skriptum MU, Brno 1998.
Adamcová,Z. Příklady a úlohy z fyzikální chemie, SNTL, Praha 1989.
Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta
Podmínky pro získání zápočtu:
- 100 % účast na teoretických cvičeních - 2 body
- účast na teoretických cvičeních menší než 86% (více než 1 neúčast)
poskytuje možnost neudělení zápočtu
- úspěšné absolvování dvou samostatných výpočtových písemek – hodnocení
(14 + 14) = max. 28 bodů
- oprava písemky – lze opravit maximálně jednu písemku maximálně
jedenkrát.
- absolvování 5 laboratorních cvičení, odevzdání a obhájení protokolů –
max. 15 bodů (toto bodové ohodnocení představuje hodnocení jak vlastní
teoretické přípravy na zadanou laboratorní úlohu, tak hodnocení práce v
laboratoři a hodnocení obsahové a formální stránky laboratorního protokolu
včetně jeho obhajoby)
Bodové hodnocení zápočtu:
- zápočet min. bodů 20
- zápočet max. bodů 45
V celkovém zisku bodového ohodnocení zápočtu musí být obsaženo nenulové
hodnocení obou výpočtových písemek (min. 5 bodů za 1 písemku) a laboratorního cvičení, tzn. student musí absolvovat obě výpočtové písemky a splnit podmínky laboratorního cvičení.
Bodové hodnocení zkoušky: zkouška kombinovaná
- písemná část zkoušky - max. 15 bodů
- teoretická část zkoušky - max. 40 bodů
V celkovém zisku bodového ohodnocení zkoušky musí být obsaženo jak nenulové
hodnocení výpočtové zkouškové písemky (min. 7 bodů) tak nenulové hodnocení
vlastní ústní zkoušky, tzn. student musí absolvovat obě části zkoušky.
Bodové hodnocení předmětu se získá součtem bodů za cvičení a za absolvování
zkoušky, výsledná klasifikace je dána podmínkami ve Studijním a zkušebním řádu
VŠB TUO.
E-learning
Další požadavky na studenta
Další požadavky nejsou definovány.
Prerekvizity
Předmět nemá žádné prerekvizity.
Korekvizity
Předmět nemá žádné korekvizity.
Osnova předmětu
1. Roztoky. Klasifikace roztoků. Roztoky neelektrolytů, roztoky ideální a reálné. Empirické zákony popisující roztoky – Raoultův zákon a Henryho zákon. Reálné roztoky, volba standardního stavu pro složky roztoku, odchylky vzhledem k Raoultovu a Henryho zákonu, různé pojetí aktivit, aktivitní koeficient. Vícesložkové soustavy, interakční součinitel.
2. Termodynamické funkce roztoků. Parciální molární veličiny. Diferenciální a integrální veličiny. Směšovací, dodatkové a rozpouštěcí veličiny. Určování parciálních molárních veličin. Termodynamické modely roztoků – model ideálního, reálného, regulárního, atermálního roztoku.
Gibbs-Duhemova rovnice a její význam. Závislost aktivity a aktivitního koeficientu na teplotě.
3. Koligativní vlastnosti roztoků neelektrolytů. Snížení tlaku par rozpouštědla nad roztokem,ebulioskopický a kryoskopický efekt, osmotický tlak, osmóza, reverzní osmóza. Fázové diagramy binárních kapalných směsí. Neomezeně mísitelné kapalné směsi (izobarické a izotermické diagramy, diagramy rovnovážného složení fází, soustavy ideální a reálné), omezeně mísitelné kapalné směsi (izobarické digaramy) a nemísitelné kapalné směsi (izobarické diagramy).
4. Destilace a rektifikace. Průběh procesu na izobarickém fázovém diagramu, azeotropy, význam. Izotermicko-izobarické diagramy kapalných ternárních soustav. Rozdělovací rovnováhy, Nernstův rozdělovací zákon, extrakce.
Terminologie elektrochemie. Elektrolyty silné a slabé, proces rozpouštění elektrolytů, nábojové číslo iontu, teorie elektrolytické disociace, 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 převodových čísel, Hittorfova metoda, metoda pohyblivého rozhraní.
6. Vodivost roztoků elektrolytů. Měrná a molární vodivost elektrolytu, její závislost na koncentraci. Limitní molární vodivost elektrolytu. Teorie iontové vodivosti, Kohlrauschův zákon o nezávislé vodivosti iontů. Závislost iontové vodivosti 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. Vodivostní koeficient, elektroforetický efekt, relaxační efekt. Součin rozpustnosti a možnosti ovlivnění rozpustnosti málo rozpustných solí.
8. Rovnováhy v roztocích slabých elektrolytů. Iontový součin vody. Výklad pojmu kyselina a báze (Arrheniova, Brönstedova a Lewisova teorie). Klasifikace rozpouštědel. Měření pH a acidobazické indikátory. Disociace slabých kyselin a zásad. Hydrolýza. Pufry (Henderson – Hasselbachova rovnice, pufrační kapacita, význam). Amfolyty.
9. Elektrody. Potenciály v elektrochemii - elektrodový (řada napětí kovů), redoxní, kapalinový, membránový. Klasifikace elektrod, popis, funkce, uplatnění – elektrody 1.druhu, elektrody 2.druhu, redoxní elektrody a iontově-selektivní elektrody.
10. Galvanické články. Klasifikace článků, elektromotorické napětí a jeho měření. Chemické články s převodem a bez převodu iontů, koncentrační články elektrodové a elektrolytové, koncentrační články s převodem a bez převodu iontů. Termodynamika galvanického článku.
11. Galvanické články (pokračování). Teorie kapalinového potenciálu. Elektromotorické napětí článků s kapalinovým potenciálem. Význam galvanických článků. Elektrochemické zdroje proudu (primární, sekundární palivové články).
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, mechanismy vylučování vodíku a význam. Přepětí kyslíku. Základy polarografie. Základy elektrochemické koroze.
14. Reálné plyny. Stavové rovnice, grafické zobrazení, kompresibilitní faktor, kompresibilitní diagram, termodynamické stavové funkce plynů, fugacita reálných plynů a možnosti výpočtu, Joule-Thomsonův efekt, inverzní teplota. Termodynamika kapalin. 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, vodivost elektrolytů, silné elektrolyty,
souvislost mezi iontovými a středními veličinami, Debye-Hückelův zákon,
součin rozpustnosti
- Potenciály elektrod, elektromotorické napětí galvanického článku a výpočtové
aplikace při 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.
- Měření pH roztoku kyselin.
- Stanovení parciálních molárních veličin.
- Měření viskozity Höpplerovým viskozimetrem.
- Potenciometrické stanovení disociační konstanty slabých kyselin .
- Stanovení pH a pufrační kapacity pufrů.
- Rovnovážná konstanta Boudouardovy reakce.
- Elektrolýza vodných roztoků elektrolytů.
- Stanovení součinu rozpustnosti a rozpouštěcího tepla obtížně rozpustných
solí konduktometricky.
- Určení středních aktivitních koeficientů měřením elektromotorického napětí.
- Chinhydrónová elektroda a stanovení jejího standardního potenciálu měřením
elektromotorického
napětí.
- Rozpustnost látek.
- Vodivostní stanovení disociační konstanty slabé kyseliny.
- Hodnocení obsahové a formální úrovně protokolů, zápočet.
Podmínky absolvování předmětu
Výskyt ve studijních plánech
Výskyt ve speciálních blocích
Hodnocení Výuky