651-2012/01 – Fyzikální chemie II (FCHII)
| 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 | 2 | Semestr | zimní |
| | 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
- Definovat a používat základní pojmy chemické kinetiky – reakční rychlost, rozsah reakce, úhrnný řád reakce, řád reakce k dané složce, molekularita, reakční mechanismus, Guldberg – Waagův zákon, rychlostní konstanta, stupeň konverze,
- popsat kinetiku reakcí 1., 2. a vyšších řádů pomocí rychlostních rovnic,
- popsat kinetiku simultánních chemických reakcí pomocí rychlostních rovnic,
- popsat základní články heterogenního děje – difúzi, adsorpci,
- popsat a definovat mechanismus homogenně a heterogenně katalyzovaných reakcí,
- charakterizovat vybrané disperzní soustavy a jejich vlastnosti,
- 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 kinetika a základy koloidní chemie.
Povinná literatura:
[1] Treindl, L., Chemická kinetika, SPN, Bratislava 1978.
[2] Bartovská, L., Šišková, M., Fyzikální chemie povrchů a koloidních soustav, VŠCHT Praha, Praha, 2005
[3] Novák, J. a kol. Fyzikální chemie: bakalářský a magisterský kurz. VŠCHT, Praha, 2008
[4] Kellö, V., Tkáč, A., Fyzikálna chémia: vysokoškolská učebnica, Alfa, Bratislava, 1977
[5]Bartovská, L., Chuchvalec, P., Kinetika a katalýza, příklady a úlohy, skriptum VŠCHT, Praha 1991.
[6] Smith, J. M., Chemical Engineering Kinetics 3rd Edition, McGraw-Hill, USA, 1981
Doporučená literatura:
[1] Bernauer, B., Fíla, V., Bernauer, M., Aplikovaná reakční kinetika 1st ed., VŠCHT Praha, Praha, 2014.
[2] Crank,J., The mathematics of diffusion, Claredon press, Oxford 1975.
[3] Smith, J. M., Chemical Engineering Kinetics 3rd Edition, McGraw-Hill, USA, 1981.
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
- Definice reakční kinetiky a její dělení (chemická, fyzikální, homogenní, heterogenní). Základní kinetické pojmy - reakční rychlost, rozsah reakce, úhrnný řád reakce, řád reakce k dané složce, molekularita, reakční mechanismus, Guldberg – Waagův zákon, rychlostní konstanta, stupeň konverze (disociační stupeň). Způsob vyjadřování kinetických závislostí. Metody stanovení řádu chemické reakce – integrální metoda, metoda poločasů, diferenciální metoda.
- Popis kinetiky reakce 1. řádu pomocí diferenciální a integrální rychlostní rovnice, poločas reakce 1. řádu, pseudomonomolekulární reakce. Popis kinetiky reakcí 2. řádu (obou typů) pomocí diferenciálních a integrálních rychlostních rovnic, poločas reakce 2. řádu. Popis kinetiky reakce n-tého řádu pomocí diferenciální a integrální rychlostní rovnice.
- Definice simultánního děje, schematický popis. Kinetika reakcí protisměrných, popis jejich kinetiky pomocí diferenciální a integrální rychlostní rovnice, kinetika spojená s termodynamikou (vratné reakce a chemická rovnováha). Kinetika reakcí souběžných (paralelních, bočných) – rozvětvené, konkurenční reakce, popis jejich kinetiky pomocí diferenciální a integrální rychlostní rovnice. Kinetika reakcí následných (postupných, konsekutivních), popis jejich kinetiky pomocí diferenciální a integrální rychlostní rovnice.
- Faktory ovlivňující rychlost chemické reakce, jejich charakterizace. Vliv teploty na rychlost chemické reakce, Arrheniova rovnice, aktivační energie, reakční koordináta, příklady reakčních koordinát pro exotermické a endotermické reakce. Vliv tlaku na rychlost chemické reakce. Závislost reakční rychlosti na složení reakční směsi při stálém tlaku.
- Řetězové reakce – popis, charakterizace, stádia, mechanismus. Kinetika nerozvětvené a rozvětvené řetězové reakce, popis jejich kinetiky pomocí diferenciálních a integrálních rychlostních rovnic. Teorie chemické kinetiky – srážková teorie, teorie aktivovaného komplexu (teorie absolutních reakčních rychlostí).
- Chemické reaktory – diskontinuální, průtočné reaktory (s pístovým tokem, s dokonale promíchávaným obsahem), adiabatické reaktory. Kinetika heterogenních dějů – popis heterogenního děje, definice mezifázového rozhraní, jednotlivé články heterogenního děje (difúze reaktantů k mezifázovému rozhraní, adsorpce reaktantů na mezifázovém rozhraní, chemická reakce, desorpce produktů, difúze produktů od rozhraní do objemu fáze) a jejich obecná charakterizace.
- Difúze – definice, mechanismy, výklad jednotlivých druhů difúze (molekulární, konvektivní, vnitřní, vnější). Matematický popis difúze prostřednictvím Fickových zákonů. Charakterizace faktorů ovlivňujících difúzi. Kinetika simultánních difúzních dějů (následná a souběžná difúze, difúze následovaná chemickou reakcí na mezifázovém rozhraní). Praktické využití difúze.
- Adsorpce – definice, mechanismy, základní pojmy (adsorbent x adsorbát), výklad jednotlivých druhů adsorpce (adsorpce na pevném a pohyblivém fázovém rozhraní, fyzikální, chemická adsorpce). Popis adsorpce prostřednictvím adsorpčních izoterem (Freundlichova, Langmuirova, BET, Gibbsova adsorpční izoterma. Praktické využití adsorpce.
- Katalýza – definice, výklad základních pojmů (katalyzátor, koaktivátory, aktivátory, promotory, inhibitory, jedy, autokatalytické reakce). Homogenní, heterogenní, enzymová katalýza, fotokatalýza. Popis heterogenně katalyzovaných reakcí (látkový transport, adsorpce, povrchová reakce, desorpce). Mechanismus homogenně katalyzovaných reakcí (reakce katalyzované kyselinami, reakce katalyzované zásadami, acidobazická katalýza).
- Disperzní soustavy – obecná charakteristika, základní pojmy (disperzní prostředí, disperzní podíl). Význam disperzních soustav. Členění disperzních soustav (podle počtu fází, podle velikosti částic, podle skupenského stavu dispergované a dispergující látky). Přehled disperzních systémů, specifikace jednotlivých disperzních systémů (pravé roztoky, koloidní disperze, hrubé disperze). Charakterizace disperzních soustav – velikost a tvar disperzních částic, statistické zpracování údajů o velikosti částic (rozdělovací (distribuční) funkce velikosti částic – hmotnostní, početní).
- Koloidní disperze – charakterizace, lyofilní, lyofobní koloidy. Vznik koloidních soustav (dispergace, kondenzace). Optické vlastnosti koloidních soustav – rozptyl světla, dvojlom za toku, Tyndallův kužel, ultramikroskopie. Elektrické vlastnosti koloidních soustav.
- Kinetické vlastnosti koloidních soustav. Difúze koloidních částic – difúzní tok, I. a II. Fickův zákon. Sedimentace – rychlost sedimentace v gravitačním poli, rychlost sedimentace v odstředivém poli, sedimentační rovnováha. Membránové rovnováhy – osmóza, měření osmotického tlaku. Adsorpce z roztoku. Povrchové napětí, smáčivost, kohezní, adhezní práce.
- Heterogenní koloidní disperze – popis, stabilita. Soustavy s kapalným disperzním prostředím (pěny, emulze, soly). Soustavy s plynným disperzním prostředím (aerosoly, mlhy, dýmy). Soustavy s pevným disperzním prostředím (tuhé pěny, tuhé emulze, tuhé soly).
Náplň teoretických cvičení bude v souladu s osnovou přednášek.
Laboratorní cvičení:
1. Laboratorní úloha: Adsorpce kyseliny šťavelové na aktivním uhlí
2. Laboratorní úloha: Stanovení aktivační energie jodace acetonu
3. Laboratorní úloha: Stanovení reakčního řádu pro jednotlivé složky u neelementární reakce
4. Laboratorní úloha: Stanovení rychlostní konstanty zásadité hydrolýzy octanu etylnatého
5. Laboratorní úloha: Stanovení kapacity ionexu v dynamickém a statickém uspořádání
Podmínky absolvování předmětu
Výskyt ve studijních plánech
Výskyt ve speciálních blocích
Hodnocení Výuky
Předmět neobsahuje žádné hodnocení.