619-3016/01 – Vybrané kapitoly z fyzikální chemie (VKFCH)

Garantující katedraKatedra fyzikální chemie a teorie technologických procesůKredity7
Garant předmětuprof. Ing. Bedřich Smetana, Ph.D.Garant verze předmětuprof. Ing. Bedřich Smetana, Ph.D.
Úroveň studiapregraduální nebo graduálníPovinnostpovinný
Ročník1Semestrzimní
Jazyk výukyčeština
Rok zavedení2019/2020Rok zrušení
Určeno pro fakultyFMTUrčeno pro typy studianavazující magisterské
Výuku zajišťuje
Os. čís.JménoCvičícíPřednášející
DOB30 prof. Ing. Jana Dobrovská, CSc.
ZAL041 Ing. Monika Kawuloková, Ph.D.
SME06 prof. 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+3

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 a v chemické praxi

Vyučovací metody

Přednášky
Individuální konzultace
Cvičení (v učebně)
Experimentální práce v laboratoři
Projekt

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:

PEŘINOVÁ, Kristina a Lenka ŘEHÁČKOVÁ. Vybrané kapitoly z fyzikální chemie: studijní opora. Ostrava: Vysoká škola báňská - Technická univerzita Ostrava, Fakulta metalurgie a materiálového inženýrství, 2014. ISBN 978-80-248-3578-5. Dostupné též z: https://www.fmt.vsb.cz/cs/student/studijni-opory/619/ NOVÁK, Josef. Fyzikální chemie: bakalářský a magisterský kurz.Praha: Vydavatelství VŠCHT, 2008. ISBN 978-80-7080-675-3. Dostupné též z: http://www.vscht.cz/fch/cz/pomucky/FCH4Mgr.pdf BUREŠ,Michal, Čestmír ČERNÝ a Pavel CHUCHVALEC. Fyzikální chemie II. Praha: Vysoká škola chemicko-technologická [Praha], 1994. ISBN 80-7080-200-6. DVOŘÁK, Jiří a Jiří KORYTA. Elektrochemie. Vyd. 3. (dopl. a rozš.). Praha: Academia, 1983. ATKINS, Peter William a Julio DE PAULA. Atkins' Physical chemistry. 10th ed. Oxford: Oxford University Press, c2014. ISBN 978-0-19-969740-3.

Doporučená literatura:

ATKINS, Peter William. Fyzikálna chémia. (Časť 1, 2a, 2b, 3). Bratislava: Slovenská technická univerzita, 1999. ISBN 80-227-1238-8. MOORE, Walter J. Fyzikální chemie. Praha: SNTL - Nakladatelství technické literatury, 1981. KELLÖ, Vojtech a Alexander TKÁČ. Fyzikálna chémia. Bratislava: Alfa,1977. NOVÁK, Josef. Příklady a úlohy z fyzikální chemie. Vyd. 2., přeprac. Praha: Vysoká škola chemicko-technologická [Praha], 2000. ISBN 80-7080-394-0. Dostupné též z: https://old.vscht.cz/fch/cz/pomucky/sbfch1.pdf ADAMCOVÁ, Zdenka. Příklady a úlohy z fyzikální chemie. Praha: SNTL - Nakladatelství technické literatury, 1989. ISBN 80-03-00104-8. LISÝ, Ján Mikuláš a Ladislav VALKO. Príklady a úlohy z fyzikálnej chémie. Bratislava: Alfa, 1979. LEITNER, Jindřich a Petr VOŇKA. Termodynamika materiálů. Praha: Vysoká škola chemicko-technologická [Praha], 1992. ISBN 80-7080-167-0. Dostupné též z:http://old.vscht.cz/ipl/termodyn/termmatskr.htm ATKINS, Peter William a Julio DE PAULA. The elements of physical chemistry. 5thed. Oxford: Oxford University Press, 2009. ISBN 978-0-19-922672-6.

Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta

PREZENČNÍ STUDIUM 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. 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

Další požadavky na studenta 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. 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 diagramy) 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 elektrolytů. 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. 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. Základy elektrochemické koroze. 14. Reálné plyny. Stavové rovnice,kompresibilitní faktor, kompresibilitní diagram, termodynamické stavové funkce plynů, fugacita reálných plynů a možnosti výpočtu, inverzní teplota. Termodynamika kapalin. 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.

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 28  0
                Laboratorní práce Laboratorní práce 15  0
                Jiný typ úlohy Jiný typ úlohy 2  0
        Zkouška Zkouška 55 (55) 15
                Písemná zkouška Písemná zkouška 15  5
                Ústní zkouška Ústní zkouška 40  10
Rozsah povinné účasti: 86% účast na teoretických cvičeních daného předmětu 100% účast na laboratorních cvičeních daného předmětu

Zobrazit historii

Výskyt ve studijních plánech

Akademický rokProgramObor/spec.Spec.ZaměřeníFormaJazyk výuky Konz. stř.RočníkZLTyp povinnosti
2021/2022 (N0712A130004) Chemické a environmentální inženýrství TCH P čeština Ostrava 1 povinný stu. plán
2020/2021 (N0712A130004) Chemické a environmentální inženýrství TCH P čeština Ostrava 1 povinný stu. plán
2019/2020 (N0712A130004) Chemické a environmentální inženýrství TCH P čeština Ostrava 1 povinný stu. plán

Výskyt ve speciálních blocích

Název blokuAkademický rokForma studiaJazyk výuky RočníkZLTyp blokuVlastník bloku