651-3016/01 – Vybrané kapitoly z fyzikální chemie (VKFCH)
| Garantující katedra | Katedra chemie a fyzikálně-chemických procesů | Kredity | 7 |
| Garant předmětu | prof. Ing. Bedřich Smetana, Ph.D. | Garant verze předmětu | prof. Ing. Bedřich Smetana, Ph.D. |
| Úroveň studia | pregraduální nebo graduální | Povinnost | povinný |
| Ročník | 1 | Semestr | zimní |
| | Jazyk výuky | čeština |
| Rok zavedení | 2022/2023 | Rok zrušení | |
| Určeno pro fakulty | FMT | Určeno pro typy studia | navazující magisterské |
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:
Doporučená literatura:
Další studijní materiály
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
https://lms.vsb.cz/
https://www.vsb.cz/e-vyuka/cs/subject/651-3016/01
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
Podmínky absolvování jsou definovány pouze pro konkrétní verzi předmětu a formu studia
Výskyt ve studijních plánech
Výskyt ve speciálních blocích
Hodnocení Výuky