C4660 Základy fyzikální chemie

Přírodovědecká fakulta
jaro 2019
Rozsah
2/0/0. 2 kr. (plus ukončení). Doporučované ukončení: zk. Jiná možná ukončení: k.
Vyučující
doc. Mgr. Markéta Munzarová, Dr. rer. nat. (přednášející)
doc. Mgr. Dominik Heger, Ph.D. (přednášející)
Mgr. Hugo Semrád, Ph.D. (cvičící)
Mgr. Jakub Stošek, Ph.D. (cvičící)
Garance
doc. Mgr. Markéta Munzarová, Dr. rer. nat.
Ústav chemie – Chemická sekce – Přírodovědecká fakulta
Dodavatelské pracoviště: Ústav chemie – Chemická sekce – Přírodovědecká fakulta
Rozvrh
Po 18. 2. až Pá 17. 5. Út 16:00–17:50 B11/132
Předpoklady
Kurz matematiky v rozsahu prvního semestru bakalářských studijních oborů biochemických, chemických, biologických, nebo biofyzikálních.
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Mateřské obory/plány
předmět má 41 mateřských oborů, zobrazit
Cíle předmětu
A. Porozumění základním konceptům chemické termodynamiky a kinetiky s ohledem na dříve, souběžně a později probíhající kurzy. B. Postupné budování abstrakce.
Výstupy z učení
Po absolvování tohoto kurzu budou studenti rozumět fundamentálním konceptům chemické termodynamiky a kinetiky. Dále budou schopni řešit výpočetní úlohy z oblasti termodynamiky a chemické kinetiky a budou umět provést jednoduchá odvození základních termodynamických vztahů.
Osnova
  • 1. Ideální plyn a první věta termodynamiky Tlak (p), teplota (T), nultá věta termodynamiky. Boylův zákon, Charlesův zákon a Avogadrův princip. Stavová rovnice ideálního plynu. Teplo (q), vnitřní energie (U), výpočet pro jednoatomový plyn. 2. Stavové a nestavové veličiny. První věta termodynamiky. Expanzní práce, pojem přírůstku (diferenciálu) dráhy, objemu (V) a práce (W), geometrický význam určitého integrálu. Vratná změna. 3. Termochemie, enthalpie a entropie. Předávání tepla: kalorimetrie, tepelná kapacita a molární tepelná kapacita. Enthalpie (H) a její změna, vztah ke změně U. Změna H s T. 4. Standardní změny enthalpie, Hessův zákon. Standardní tvorné enthalpie, Born-Haberův cyklus. Pojem disperze energie, entropie (S) jako reverzibilní změna tepla při dané teplotě. 5. Druhá a třetí věta termodynamiky, zaměření na systém. Výpočet změny entropie pro izotermální expanzi ideálního plynu, druhá věta termodynamiky. Boltzmannův vztah pro entropii, Clausiova nerovnost. 6. Třetí věta termodynamiky. Výhodné termodynamické funkce: Helmholtzova (A) a Gibbsova (G) energie. Přírůstky G, A pro konstatní T. Kritéria spontánní změny pro konstantní T,V a konstantní T,p. Maximální dostupná práce a maximální neexpanzní práce. 7. Reakční Gibbsova energie. Výpočet změny G doprovázející reakci (G). Definice a výpočet standardní reakční Gibbsovy energie (G0) a standardní Gibbsovy energie tvorby sloučeniny. Minimum G, rozsah reakce ξ. Posouzení průběhu funkce jedné proměnné pomocí směrnice. 8. Spontaneita chemických reakcí. Reakční Gibbsova energie delta_rG, reakce exergonické a endergonické. Popis rovnováhy pro přeměnu ideálního plynu a obecnou reakci. 9. Fázové přechody čistých látek. Jednoduché směsi I. Pojem fáze, fázový diagram čisté látky (H2O), Gibbsovo fázové pravidlo. Popis složení směsi v TD: Parciální molární objemy složek ve směsi. Chemické potenciály kapalin. Ideální roztok na příkladu směsi benzen-toluen, Raoultův zákon. 10. Chemická rovnováha Reakční kvocient (Q). Závislost reakční Gibbsovy energie na reakčním kvocientu, termodynamická rovnovážná konstanta (K). Zápis a výpočet K. Ovlivnění rovnováhy změnou tlaku a Le Chatelierův princip. Ovlivnění exotermních a endotermních reakcí teplotou. Van’t Hoffova rovnice a měření reakční enthalpie. Hodnota K při různých teplotách. 11. Rychlosti chemických reakcí I. Empirická chemická kinetika. Monitorování změny tlaku pro rozklad N2O5. Definice reakční rychlosti jako směrnice tečny ke křivce závislosti koncentrace na čase. Rychlosti spotřeby reaktantů a tvorby produktů. Rychlostní zákon a konstanta, reakční řád. Určení rychlostního zákona metodou počátečních rychlostí. Teplotní závislost reakční rychlosti: Arrheniova rovnice. 12. Rychlosti chemických reakcí II. Jednotlivé typy reakcí. Reakce prvního řádu. Poločas a střední doba života. Přibližování koncentrací jejich rovnovážným hodnotám. Rychlostní zákon reakce druhého řádu. Následné reakce. změna koncentrace s časem, aproximace stacionárního stavu, rychlost určující krok, kineticky a termodynamicky řízené reakce. Řetězová reakce. Kinetika fluorescence.
Literatura
    doporučená literatura
  • ATKINS, P. W. a Julio DE PAULA. Fyzikální chemie. Vyd. 1. Praha: Vysoká škola chemicko-technologická v Praze, 2013, xxvi, 915. ISBN 9788070808306. info
  • ATKINS, P. W. a Julio DE PAULA. Atkins' physical chemistry. 8th ed. Oxford: Oxford University Press, 2006, xxx, 1064. ISBN 0198700725. info
    neurčeno
  • ATKINS, P. W. a Julio DE PAULA. Atkins' physical chemistry. 7th ed. Oxford: Oxford University Press, 2002, xxi, 1150. ISBN 0198792859. info
  • ATKINS, P. W. Physical chemistry. 6th ed. Oxford: Oxford University Press, 1998, 1014 s. ISBN 0198501013. info
  • ATKINS, P. W. Fyzikálna chémia. 6. vyd. Bratislava: Slovenská technická univerzita v Bratislave, 1999, 308 s. ISBN 80-227-1238-8. info
  • KUBÁČEK, Pavel a Zdena MICHALIČKOVÁ. Základy fyzikální chemie. Elportál. Brno: Masarykova univerzita, 2011. ISSN 1802-128X. URL info
  • Kubáček, Pavel. Základy fyzikální chemie. Hypertext, MU 2004; http://cheminfo.chemi.muni.cz/ianua/ZFCh
  • MOORE, Walter J. Fyzikální chemie. 2. vyd. Praha: Nakladatelství technické literatury, 1981, 974 s. info
  • Comprehensive dictionary of physical chemistry. Edited by Ladislav Ulický - Terence James Kemp. 1st pub. New York: Ellis Horwood, 1992, 472 s. ISBN 0-13-151747-3. info
Záložky
https://is.muni.cz/ln/tag/PříF:C4660!
Výukové metody
Předmět tvoří 13 nepovinných přednášek.
Metody hodnocení
Závěrečný písemný (nikoli elektronický) test v délce trvání 100 minut. Obsaženy budou úlohy otevřené i uzavřené (s výběrem možností), výpočetní i teoretické. Minimální požadované skóre pro úspěšné ukončení je 50% bodů.
Navazující předměty
Informace učitele
Předmět C3150 Fyzikální chemie I - seminář je silně doporučen jako významná pomoc k úspěšnému absolvování předmětu C4660.
Další komentáře
Studijní materiály
Předmět je vyučován každý semestr.
Nachází se v prerekvizitách jiných předmětů
Předmět je zařazen také v obdobích podzim 2007 - akreditace, jaro 2008 - akreditace, jaro 2011 - akreditace, podzim 2010 - akreditace, jaro 2001, jaro 2002, jaro 2003, jaro 2004, jaro 2005, podzim 2005, jaro 2006, podzim 2006, jaro 2007, podzim 2007, jaro 2008, podzim 2008, jaro 2009, podzim 2009, jaro 2010, podzim 2010, jaro 2011, jaro 2012, podzim 2011 - akreditace, jaro 2012 - akreditace, jaro 2013, jaro 2014, jaro 2015, jaro 2016, jaro 2017, jaro 2018, jaro 2020, jaro 2021, jaro 2022, jaro 2023, jaro 2024, jaro 2025.