619-2001/03 – Fyzikální chemie (FCH)

Garantující katedraKatedra fyzikální chemie a teorie technologických procesůKredity8
Garant předmětuprof. Ing. Jana Dobrovská, CSc.Garant verze předmětuprof. Ing. Jana Dobrovská, CSc.
Úroveň studiapregraduální nebo graduálníPovinnostpovinný
Ročník2Semestrzimní
Jazyk výukyčeština
Rok zavedení2019/2020Rok zrušení
Určeno pro fakultyFMTUrčeno pro typy studiabakalářské
Výuku zajišťuje
Os. čís.JménoCvičícíPřednášející
DOB30 prof. Ing. Jana Dobrovská, CSc.
DRO0013 Ing. Ľubomíra Drozdová
DUD32 doc. Ing. Rostislav Dudek, Ph.D.
FRA37 Ing. Hana Francová, Ph.D.
ZAL041 Ing. Monika Kawuloková, Ph.D.
KOS37 Ing. Gabriela Kostiuková, Ph.D.
VIT155 Ing. Silvie Rosypalová, Ph.D.
SME06 doc. Ing. Bedřich Smetana, Ph.D.
DOC01 Ing. Simona Zlá, Ph.D.
Rozsah výuky pro formy studia
Forma studiaZp.zak.Rozsah
prezenční Zápočet a zkouška 3+4
kombinovaná Zápočet a zkouška 18+6

Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi

- 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.

Vyučovací metody

Přednášky
Individuální konzultace
Cvičení (v učebně)
Experimentální práce v laboratoři
Ostatní aktivity

Anotace

Obsahem předmětu je chemická termodynamika (termodynamický popis soustav a dějů, popis chemických a fázových rovnováh) a chemická kinetika (kinetická analýza homogenních a heterogenních reakcí).

Povinná literatura:

Studijní opora: DOBROVSKÁ, Jana. Fyzikální chemie - 1.část [online] 2008. Dostupné z: https://www.fmt.vsb.cz/cs/student/studijni-opory/619/ Studijní opora: DOBROVSKÁ, Jana. Fyzikální chemie - 2.část [online] 2017. Dostupné z: https://www.fmt.vsb.cz/cs/student/studijni-opory/619/ Studijní opora: PEŘINOVÁ, Kristina, Bedřich SMETANA, Simona ZLÁ a Gabriela KOSTIUKOVÁ. Teoretické základy fyzikální chemie v příkladech [online] 2008. Dostupné z: https://www.fmt.vsb.cz/cs/student/studijni-opory/619/ NOVÁK, Josef. Fyzikální chemie: bakalářský kurz. Praha: Vysoká škola chemicko-technologická [Praha], 2006. ISBN 80-7080-559-5. Dostupné též z: https://vydavatelstvi.vscht.cz/katalog/publikace?uid=uid_isbn-978-80-7080-559-6 ATKINS, P. W. a Julio DE PAULA. The elements of physical chemistry. 5th ed. Oxford: Oxford University Press, 2009. ISBN 978-0-19-922672-6.

Doporučená literatura:

MOORE, Walter J. Fyzikální chemie. Praha: SNTL - Nakladatelství technické literatury, 1981. KELLÖ, Vojtech a Alexander TKÁČ. Fyzikálna chémia. 3. upr. vyd. Bratislava: Alfa, 1977. FISCHER, Oldřich. Fyzikální chemie: (termodynamika, elektrochemie, kinetika, koloidní soustavy). Praha: Státní pedagogické nakladatelství, 1984. ADAMCOVÁ, Zdenka. Příklady a úlohy z fyzikální chemie. Praha: SNTL - Nakladatelství technické literatury, 1989. ISBN 80-03-00104-8. NOVÁK, Josef. Fyzikální chemie: bakalářský a magisterský kurz. (První a druhý svazek). Praha: Vydavatelství VŠCHT, 2008. ISBN 978-80-7080-675-3. Dostupné též z: https://vydavatelstvi.vscht.cz/katalog/publikace?uid=uid_isbn978-80-7080-675-3 ATKINS, P. W. a Julio DE PAULA. Atkins' Physical chemistry. 10th ed. Oxford: Oxford University Press, c2014. ISBN 978-0-19-969740-3.

Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta

PREZENČNÍ STUDIUM Podmínky pro udělení zápočtu na cvičení: - 100 % účast na teoretických cvičeních a 1 omluvená neúčast – 3 body - 2 omluvené neúčasti - 1 bod - účast na teoretickém cvičení menší než 79% ( více než 3 neúčasti) poskytuje možnost neudělení zápočtu - úspěšné absolvování dvou samostatných výpočtových písemek – hodnocení 13 + 13 = max. 26 bodů - absolvování 8 laboratorních cvičení, odevzdání a obhájení protokolů – max. 16 bodů ( toto bodové ohodnocení představuje jak hodnocení vlastní teoretické přípravy na danou laboratorní úlohu, tak práci v laboratoři a hodnocení obsahové a formální stránky laboratorního protokolu včetně jeho obhajoby) - oprava písemky – lze opravit maximálně jednu písemku maximálně jedenkrát. 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. 4 body za 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 - min. 5 bodů - ústní část zkoušky - max. 40 bodů - min. 10 bodů V celkovém zisku bodového ohodnocení zkoušky musí být obsaženo jak nenulové hodnocení výpočtové zkouškové písemky, 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. KOMBINOVANÉ STUDIUM Podmínky pro udělení zápočtu na cvičení: - účast na výpočtovém soustředění - 5 bodů - vypracování a odevzdání zadaného výpočtového programu - max.25 bodů Bodové hodnocení zápočtu: - zápočet min. bodů 15 - zápočet max. bodů 30 Bodové hodnocení zkoušky: - ústní teoretická zkouška - max. 70 bodů - min. 25 bodů 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

PŘEDNÁŠKY: 1. Úvod do předmětu. Plynný skupenský stav. Ideální plyn, základní zákony. Chování reálných plynů, kompresibilitní faktor, viriální koeficienty, kritický stav plynu, van der Waalsova rovnice, princip korespondujících stavů. 2. Chemická termodynamika. Základní pojmy, soustava, termodynamické vlastnosti soustavy, termodynamický děj, termodynamické stavové 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. Závislost reakčního tepla na teplotě, Kirchhoffovy zákony a jejich použití. Teoretické reakční teplota. 4. II. věta termodynamická – formulace a význam. Tepelný stroj, Carnotův cyklus. Termodynamická stavová funkce entropie, 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 Helmholtzovy a 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 rovnovážných konstant pro homogenní a heterogenní chemické reakce. 7. Výpočet rovnovážného složení, stupeň přeměny. Vliv teploty na rovnováhu chemické reakce, rovnice reakční izobary a izochory. Vliv tlaku na rovnováhu chemické reakce. Princip Le Chaterier–Braunův. 8. Fázové rovnováhy. Gibbsův zákon fází, fáze, skupenství, složka, stupeň volnosti. Jednosložková soustava, fázový diagram, 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 chemické reakce, 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 teorie absolutních 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 CVIČENÍ 1. Úvod - seznámení s časovým harmonogramem cvičení, podmínkami pro získání zápočtu a doporučenou literaturou. Zákony pro ideální plyn a ideální plynné směsi, stavové rovnice pro reálný plyn. 2. 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). 3. Změna tepelné kapacity při chemické reakci. Ohřev a ochlazování látek za izobarických podmínek se zohledněním izotermické fázové přeměny. Izochorický ohřev a ochlazování ideálního plynu. 4. Reakční teplo, termochemické zákony, standardní reakční entalpie, slučovací entalpie, spalná entalpie a jejich vzájemné souvislosti, reakční entalpie podle Hessova zákona. 5. Závislost standardní reakční entalpie na teplotě, reakční entalpie pro chemickou reakci s izotermickou fázovou přeměnou látek a bez této přeměny. 6. Změna entropie při ohřevu a ochlazování látek, standardní reakční entropie a její závislost na teplotě. 7. Samostatná výpočtová práce I. 8. Standardní reakční Gibbsova energie a její závislost na teplotě. 9. Chemické rovnováhy - různé formy rovnovážných konstant pro reakce homogenní a heterogenní, rovnovážný stupeň přeměny a jeho aplikace při výpočtu rovnovážného složení a výpočtu rovnovážné konstanty. 10. Chemické rovnováhy - reakční izoterma pro soustavu v rovnováze a soustavu mimo rovnováhu. Simultánní rovnováhy. 11. 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 závislosti rovnovážné konstanty. 12. Fázové rovnováhy v jednosložkové dvoufázové soustavě – Clapeyronova a Clausius-Clapeyronova rovnice. Teplotní závislost molární výparné entalpie. Teplota a tlak v trojném bodě. 13. Reakční homogenní kinetika - sledování časového průběhu reakce, reakční rychlost, integrované kinetické rovnice pro reakci 1. a 2. řádu, závislost rychlostní konstanty na teplotě (Arrheniova rovnice) 14. 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 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.

Podmínky absolvování předmětu

Prezenční forma (platnost od: 2019/2020 zimní semestr)
Název úlohyTyp úlohyMax. počet bodů
(akt. za podúlohy)
Min. počet bodů
Zápočet a zkouška Zápočet a zkouška 100 (100) 51
        Zápočet Zápočet 45 (45) 20
                Písemka Písemka 26  8
                Laboratorní práce Laboratorní práce 16  0
                Jiný typ úlohy Jiný typ úlohy 3  0
        Zkouška Zkouška 55 (55) 15
                Písemná zkouška Písemná zkouška 15  5
                Ústní zkouška Ústní zkouška 40  10
Rozsah povinné účasti: 79% účast na teoretických cvičeních daného předmětu 100% účast na laboratorních cvičeních daného předmětu

Zobrazit historii

Výskyt ve studijních plánech

Akademický rokProgramObor/spec.Spec.FormaJazyk výuky Konz. stř.RočníkZLTyp povinnosti
2019/2020 (B0713A070001) Tepelně energetické inženýrství P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2019/2020 (B0712A130004) Chemické a environmentální inženýrství P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2019/2020 (B0715A270004) Materiálové inženýrství P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2019/2020 (B0715A270004) Materiálové inženýrství K čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2019/2020 (B0715A270006) Moderní produkce a zpracování kovových materiálů P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2019/2020 (B0715A270006) Moderní produkce a zpracování kovových materiálů K čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2019/2020 (B0713A070001) Tepelně energetické inženýrství K čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2019/2020 (B0715A270005) Materiálové technologie a recyklace P čeština Ostrava 2 povinný stu. plán
2019/2020 (B0715A270005) Materiálové technologie a recyklace K čeština Ostrava 2 povinný stu. plán

Výskyt ve speciálních blocích

Název blokuAkademický rokForma studiaJazyk výuky RočníkZLTyp blokuVlastník bloku