651-2011/01 – Fyzikální chemie I (FCHI)
| Garantující katedra | Katedra chemie a fyzikálně-chemických procesů | Kredity | 5 |
| Garant předmětu | doc. Ing. Lenka Řeháčková, Ph.D. | Garant verze předmětu | doc. Ing. Lenka Řeháčková, Ph.D. |
| Úroveň studia | pregraduální nebo graduální | Povinnost | povinný |
| Ročník | 1 | Semestr | letní |
| | Jazyk výuky | čeština |
| Rok zavedení | 2022/2023 | Rok zrušení | |
| Určeno pro fakulty | FMT | Určeno pro typy studia | bakalářské |
Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi
- Získat znalosti z oblasti základních principů fyzikální chemie, definovat termodynamické veličiny (vnitřní energii, entalpii, entropii, Gibbsovu a Helmholtzovu energii), formulovat termodynamické zákony,
- popsat chemické rovnováhy a sledovat ovlivňující faktory (teplota, tlak, inertní složka, koncentrace reagujících látek),
- popsat fázové rovnováhy v jednosložkových a vícesložkových soustavách,
- definovat roztoky, jejich termodynamické funkce, vlastnosti a zákony.
- ověřit si platnost vybraných fyzikálně-chemických zákonů v rámci laboratorních cvičení,
- aplikovat získané znalosti a dovednosti na praktické příklady.
Vyučovací metody
Přednášky
Individuální konzultace
Cvičení (v učebně)
Experimentální práce v laboratoři
Anotace
Obsahem předmětu je chemická termodynamika – termodynamické veličiny a zákony, chemické a fyzikální rovnováhy, roztoky a jejich vlastnosti.
Povinná literatura:
[1] Moore, W. J., Fyzikální chemie: příručka pro vysoké školy chemickotechnologické, SNTL, Praha, 1981
[2] Kellö, V., Tkáč, A., Fyzikálna chémia: vysokoškolská učebnica, Alfa, Bratislava, 1977
[3] Novák, J. a kol. Fyzikální chemie: bakalářský a magisterský kurz. VŠCHT, Praha, 2008
[4] Peřinová, K., Smetana, B., Zlá, S., Kostiuková, G., Teoretické základy fyzikální chemie v příkladech, VŠB, Ostrava, 2018
[5] Atkins, P., de Paula, J., Physical Chemistry 9th Edition, Oxford University Press, New York, 2010
Doporučená literatura:
[1] Brdička, R., Základy fysikální chemie: vysokoškolská učebnice 2. vyd., Academia, Praha, 1977
[2] Silbey, R. J., Alberty, R. A., Bawendi, M. G., Physical chemistry 4th Edition. Wiley, USA, 2004
Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta
Zápočet, ústní a písemná část zkoušky
E-learning
Další požadavky na studenta
Podmínky pro udělení zápočtu:
- Bodové hodnocení zápočtu se skládá z bodového hodnocení dvou samostatných výpočtových prací a bodového hodnocení laboratorního cvičení.
- Úspěšné absolvování 2 samostatných výpočtových písemek – hodnocení – (12 + 12) = max. 24 bodů, (6 + 6) = min. 12 bodů, přičemž každý výpočtový test lze opravit maximálně jedenkrát.
- Úspěšné absolvování laboratorních cvičení – max. 12 bodů, min. 6 bodů.
Bodové hodnocení zápočtu:
- zápočet min. 18 bodů
- zápočet max. 36 bodů
Pro splnění zápočtu je nezbytné, aby student absolvoval oba výpočtové testy a odevzdal laboratorní protokoly.
Bodové hodnocení zkoušky:
- písemná část zkoušky - max. 14 bodů, min. 7 bodů
- teoretická část zkoušky - max. 50 bodů, min. 26 bodů
Student musí absolvovat obě dvě části zkoušky a dosáhnout alespoň minimální hodnoty uvedené pro jejich splnění.
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.
Prerekvizity
Předmět nemá žádné prerekvizity.
Korekvizity
Předmět nemá žádné korekvizity.
Osnova předmětu
- Plynný skupenský stav – obecná charakteristika. Popis stavového chování ideálních a reálných plynů prostřednictvím stavových rovnic. Kondenzace (zkapalňování) plynů – definice, podmínky, kritický bod, praktické využití kondenzace plynů. Joule-Thomsonův jev, Joule-Thomsonův koeficient a jeho závislost na teplotě, inverzní teplota, praktické využití.
- Definice vybraných termodynamických pojmů. Formulace a rozbor I. věty termodynamické, její důsledky, vnitřní energie, entalpie. Tepelné kapacity – definice, druhy, vzájemné rozdíly, změny s teplotou a v průběhu chemické reakce. Objemová práce ideálního a reálného plynu při izochorickém, izobarickém, izotermickém a adiabatickém ději.
- Termodynamické definice molových tepel, ohřev a ochlazování látek včetně izotermních fázových přeměn. Termochemie – definice vybraných pojmů, termochemické zákony (Lavoisier – Laplaceův, Hessův) a jejich praktické využití. Výpočet reakčních tepel a jejich závislosti na teplotě – Kirchhoffovy rovnice, praktické aplikace. Výpočet maximální adiabatické teploty, entalpické bilance v závislosti na změně reakčních podmínek, praktické využití.
- Formulace a rozbor II. věty termodynamické a její důsledky. Tepelné stroje, Carnotův tepelný stroj, termodynamická účinnost, Carnotův kruhový cyklus. Obecná charakteristika rovnovážných stavů – definice, druhy, popis prostřednictvím vhodně zvolených veličin. Entropie, její výklad a závislost na stavových proměnných (adiabatický, izotermický děj, změna entropie s teplotou, tlakem, objemem, v průběhu chemické reakce včetně izotermních fázových přeměn).
- Termodynamické potenciály – Gibbsova, Helmholtzova energie, vztahy mezi termodynamickými veličinami. Závislost Gibbsovy a Helmholtzovy energie na teplotě – Gibbs-Helmholtzovy rovnice, odvození, rozbor, význam, podmínka termodynamické rovnováhy. Maxwellovy vztahy. Parciální molární veličiny, chemický potenciál, aktivita.
- Chemické rovnováhy, podmínka chemické rovnováhy, fyzikálně – chemický popis rovnovážných stavů. Rovnovážné konstanty – definice, druhy, význam, použití, jejich vzájemný přepočet. Rovnice reakční izotermy, adaptace rovnice na jednotlivé systémy. Disociační stupeň.
- Faktory ovlivňující chemickou rovnováhu – vliv teploty (rovnice reakční izobary a izochory), tlaku, inertní složky a koncentrace reagujících látek.
- Fázové rovnováhy a jejich popis. Gibbsův fázový zákon, fázový diagram jednosložkového systému, rovnice Clapeyronova a Clausius – Clapeyronova.
- Fázové rovnováhy ve vícesložkových soustavách. Roztoky a jejich klasifikace. Vyjadřování složení roztoků, popis roztoků pomocí empirických zákonů, Raoultův a Henryho zákon.
- Reálné roztoky, definice aktivity složky vzhledem k různým standardním stavům. Vícesložkové soustavy, interakční koeficienty ve vícesložkových soustavách. Termodynamické funkce roztoků, diferenciální a integrální termodynamické veličiny.
- Termodynamické modely roztoků ideálních, reálných, regulárních a atermálních. Gibbs – Duhemova rovnice. Závislost aktivity a aktivitního koeficientu na teplotě. Koligativní vlastnosti roztoků a jejich charakterizace, snížení tlaku par rozpouštědla nad roztokem netěkavé látky, ebulioskopický efekt, kryoskopický efekt, osmotický tlak.
- Fázové diagramy binárních kapalných směsí při různé mísitelnosti složek, obecné charakteristiky fázových diagramů, fázové diagramy dokonale mísitelných kapalin. Destilace – prostá destilace, rektifikace, izotermická, izobarická destilace, praktické využití.
- Fázové diagramy omezeně mísitelných kapalin, fázové diagramy v binárních soustavách s nemísitelnými kapalinami, ternární soustavy (charakterizace). Rozdělovací rovnováhy, materiálová bilance, význam extrakce a její uplatnění. Fázové diagramy v třísložkových soustavách. Základní typy rovnovážných diagramů v ternárních kapalných soustavách.
Náplň teoretických cvičení bude v souladu s osnovou přednášek.
Laboratorní cvičení:
1. Laboratorní úloha: Fázový diagram třísložkové soustavy
2. Laboratorní úloha: Stanovení parciálních molárních objemů v binárních kapalných roztocích
3. Laboratorní úloha: Termický rozklad uhličitanu vápenatého
4. Laboratorní úloha: Stupeň asociace a rovnovážná konstanta elektrolytické disociace kyseliny benzoové
Podmínky absolvování předmětu
Výskyt ve studijních plánech
Výskyt ve speciálních blocích
Hodnocení Výuky
Předmět neobsahuje žádné hodnocení.