619-0803/01 – Vybrané kapitoly z heterogenní kinetiky (VKHK)
| Garantující katedra | Katedra fyzikální chemie a teorie technologických procesů | Kredity | 6 |
| Garant předmětu | prof. Ing. Ľudovít Dobrovský, CSc., dr. h. c. | Garant verze předmětu | prof. Ing. Ľudovít Dobrovský, CSc., dr. h. c. |
| Úroveň studia | pregraduální nebo graduální | Povinnost | povinný |
| Ročník | 1 | Semestr | letní |
| | 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
- definovat a používat kinetické vztahy a pojmy – reakční rychlost, řád reakce, molekularita reakce kinetické rovnice, rychlostní konstanta
- charakterizovat teorii reakčních rychlostí – srážková teorie reakčních rychlostí, teorie aktivovaného komplexu
- popisovat a analyzovat základní články heterogenního procesu – fyzikální procesy limitující kinetiku heterogenního děje, difúze, Fickovy zákony, tvorba nové fáze a její růst, adsorpce, adsorpční izotermy
- charakterizovat kinetický průběh heterogenních katalytických reakcí
- aplikovat získané teoretické poznatky na teoretických a laboratorních cvičeních
Vyučovací metody
Přednášky
Individuální konzultace
Cvičení (v učebně)
Experimentální práce v laboratoři
Anotace
Obsahem předmětu je teoretický základ v oblasti aplikace základních principů
fyzikální chemie na jednotlivé heterogenní reakce.
Povinná literatura:
Treindl,L., Chemická kinetika, SPN, Bratislava 1978, 304 s.
Barret.P., Kinetika heterogenních reakcí v soustavách tuhá látka-plyn,
Praha 1978.
Adamcová Z., Příklady a úlohy z fyzikální chemie, SNTL Praha 1989.
Bartovská L, Chuchvalec P., Kinetika a katalýza, příklady a úlohy,
skriptum VŠCHT, Praha 1991
Kopečný M., Dorušková M., Návody do cvičení z fyzikální chemie, skriptum
VŠB-TU, Ostrava 1991.
Handlířová a kol., Návody pro laboratorní cvičení z fyzikální chemie,
skriptum Univerzita Pardubice 1998.
Imriš I., Komorová L., Laboratórne cvičenia z teórie hutnickych pochodov,
Alfa Bratislava, 1990.
Atkins,P.W., Physical Chemistry, Oxford university press, Oxford 1993, 995 s.
Laidler,K.J., Chemical kinetics, Harper and Row, New York 1987.
Crank,J., The mathematics of diffusion, Claredon press, Oxford 1975.
Bond,G.C., Heterogeneous catalysis:principles and applications, Clarendon
Press,Oxford 1986.
Satterfield,C., Heterogenous catalysis in practice, McGraw-Hill, New York 1980.
Doporučená literatura:
Moore,W.J., Fyzikální chemie, SNTL, Praha 1979.
Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta
Podmínky pro získání zápočtu:
- 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
- aktivní účast ve výpočtových cvičeních – 2 body
- absolvování 5 laboratorních cvičení, odevzdání a obhájení protokolů včetně
naměřených dat podepsaných vyučujícím – 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. 7 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. 5 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
Nejsou definovány. No other activities required.
Prerekvizity
Předmět nemá žádné prerekvizity.
Korekvizity
Předmět nemá žádné korekvizity.
Osnova předmětu
1. Terminologie chemické kinetiky – reakční rychlost, rychlostní rovnice,
reakční řád, rychlostní konstanta, molekularita reakce, mechanismus reakce,
klasifikace chemických reakcí – reakce jednoduché a simultánní, homogenní a
heterogenní.
2. Homogenní reakce - integrované kinetické rovnice – reakce prvního,
druhého,
třetího a vyšších řádů, poločas reakce, určování řádu reakce. Kinetika
simultánních reakcí (zvratné, bočné, následné) – kinetický popis, limitující
článek.
3. Závislost reakční rychlosti na teplotě - Arrheniova rovnice, aktivační
energie, možnosti stanovení, frekvenční faktor. Závislost reakční rychlosti
na
tlaku.
4. Teorie reakční rychlosti – srážková teorie a teorie absolutních reakčních
rychlostí.
5. Kinetika heterogenních procesů, základní články – difúze, adsorpce, vlastní
chemická reakce.
6. Mechanismy a matematický popis difúze - molekulární, konvektivní a
turbulentní difúze. Fickovy zákony, difúzní tok. Základní zákonitosti reakcí
v
oblasti silného působení vnější a vnitřní difúze.
7. Proces s následnými a souběžnými články, difúzní a chemický odpor. Vliv
různých činitelů na kinetiku difúze. Příklady heterogenních dějů řízených
difúzí.
8. Povrchové jevy a kinetika reakcí. Fyzikální adsorpce a chemisorpce.
Povrchové vlastnosti tuhých látek, podstata adsorpčních procesů. Vliv
elektronové struktury kovů na jejich adsorpční vlastnosti, adsorpce na
polovodičích a izolátorech. Adsorpce z plynné fáze a z roztoku na tuhém
fázovém rozhraní.
9. Empirické a teoretické adsorpční izotermy – izoterma Freundlichova,
Langmuirova, BET. Vliv teploty a tlaku na adsorpčně-desorpční děje. Příklady
aplikace povrchových dějů.
10. Kinetika topochemických reakcí, popis a analýza jednotlivých period.
Kinetické křivky. Nukleace nových fází. Vliv fázového rozhraní na kinetiku.
11. Kinetika heterogenních dějů v soustavách prvního řádu – tání, vypařování,
sublimace, tuhnutí (krystalizace) kondenzace, polymorfní přeměny. Příklady
kinetiky v soustavách druhého a vyšších řádů.
12. Principy katalýzy, katalýza homogenní a heterogenní. Mezistupně a kinetika
homogenních katalytických reakcí. Acidobazická katalýza.
13. Kinetika a základní představy o mechanismech heterogenních katalytických
reakcí. Katalýza na kovech a nekovech. Kinetika a mechanismus reakcí plynných
složek katalyzovaných tuhým katalyzátorem. Katalyzátor – výběr, aktivní
centra,
selektivita, promotory, otrava, stárnutí. Teorie výběru katalyzátoru.
Průmyslové aplikace heterogenní katalýzy.
14. Enzymově katalyzované reakce, Michaelisova konstanta, enzymatická
inhibice.
Výpočtová cvičení:
- kinetika jednoduchých reakcí. Integrace kinetických rovnic pro reakce 1., 2.
a vyšších řádů, určení aktivační energie. Sledování časového průběhu reakce
měřením aditivní vlastnosti.
- simultánní reakce. Paralelní, následné a protisměrné reakce.
- ideální izotermní reaktory. Látkové bilance pro vsádkový a průtočný ideálně
míchaný reaktor a reaktor s pístovým tokem.
- test teoretických znalostí – možnosti a), b), c), d).
- homogenní katalýza. Acidobazická katalýza.
- výpočtový test.
Laboratorní cvičení:
1. Stanovení aktivační energie jodace acetonu
2. Polarimetrické stanovení inverze sacharózy
3. Studium kinetiky oxidace kovů
4. Studium rychlosti termického rozkladu uhličitanu
5. Stanovení reakčního řádu pro jednotlivé složky u neelementární reakce
6. Homogenní kyselá katalýza
7. Rozklad peroxidu vodíku katalyzovaný jodidovými ionty
Podmínky absolvování předmětu
Výskyt ve studijních plánech
Výskyt ve speciálních blocích
Hodnocení Výuky