C4020 Fyzikální chemie II

Přírodovědecká fakulta
podzim 2021
Rozsah
2/0/0. 2 kr. (příf plus uk plus > 4). Ukončení: zk.
Vyučující
doc. Mgr. Markéta Munzarová, Dr. rer. nat. (přednášející)
doc. Mgr. Dominik Heger, Ph.D. (přednášející)
prof. RNDr. Jan Hrbáč, Ph.D. (cvičící)
RNDr. Erik Kalla (cvičící)
Mgr. Milan Říha (cvičící)
Mgr. Hugo Semrád, Ph.D. (cvičící)
doc. RNDr. Mgr. Jozef Hritz, Ph.D. (pomocník)
Garance
doc. Mgr. Markéta Munzarová, Dr. rer. nat.
Ústav chemie – Chemická sekce – Přírodovědecká fakulta
Dodavatelské pracoviště: Ústav chemie – Chemická sekce – Přírodovědecká fakulta
Rozvrh
Po 14:00–15:50 B11/205
Předpoklady
C4660 Fyzikální chemie I
Absolvování předmětu C4660 Základy fyzikální chemie.
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Mateřské obory/plány
předmět má 16 mateřských oborů, zobrazit
Cíle předmětu
Cílem předmětu C4020 je poskytnout studentům základní porozumění principům, technikám a aplikacím rovnovážné elektrochemie, kvantové chemie a chemické kinetiky.
Výstupy z učení
Student bude po absolvování tohoto předmětu schopen:
- Provádět výpočty dovolených hladin energie pro jednoduché kvantové systémy
- zapsat a řešit kinetické rovnice pro základní typy reakcí
- rozumět fázovým diagramům směsí
- využívat symetrii ke klasifikaci orbitálních inetrakcí
Osnova
  • 1. Elektrodové potenciály a aktivity iontů. (Atkins 5+6), MM
  • Elektrochemický článek: Galvanický vs. elektrolytický, chemický vs. koncentrační. Standardní elektrodový potenciál - motivace a význam pojmu. Trendy ve standardních potenciálech napříč periodickou tabulkou. Aktivity iontů v roztoku: Iontová síla a Debye-Huckelův limitní zákon.
  • 2. Kvantová teorie (Atkins 7+8), MM ,
  • Záření černého tělesa a Planckův vztah pro energii. Částicová povaha EM záření a vlnová povaha částic. Částice v potenciálové jámě: Schrödingerova rovnice, vlnové funkce a hladiny energie, Bornova pravděpodobnostní interpretace, normování. Hladiny energie pro harmonický oscilátor. Hladiny energie částice na sféře, degenerace.
  • 3. Struktura a spektra atomů (Atkins 9), MM
  • Spektrální linie atomu H, energie vázaných stavů a hlavní kvantové číslo n. Význam pojmu atomový orbital, orbital 1s: radiální část vlnové funkce a radiální distribuční funkce. Kvantová čísla l a ml , orbitaly 2s-3d. Atomy s více elektrony: význam pojmu orbital, stínění a efektivní náboj, Slaterova pravidla. Závislost energie na l,
  • 4. Struktura molekul (Atkins 10), MM.
  • Bornova-Oppenheimerova aproximace a křivka potenciální energie. Teorie molekulových orbitalů: molekulový ion H2+. Interakce dvou AO: vazebné orbitaly a protivazebné orbitaly. Izoplochy a symetrické nálepky MO. Interakční diagram a míra interakce vs. překryv. Zaplňování hladin a pojem řád vazby. Orbitaly typu  a . Přehled MO homonukleárních biatomických molekul, obsazení hladin a vazebné délky, energie a vibrační frekvence.
  • 5. Statistická termodynamika (Atkins 15), MM
  • Okamžitá konfigurace, váha konfigurace (W), výpočet váhy distribuce. Vztah pro ln W pomocí Stirlingovy aproximace. Boltzmannovo rozdělení: pojem dominantní konfigurace, podmínka konstantní energie a konstantního počtu částic, závislost populace na energii. Molekulová partiční funkce, její zápis pro rigidní rotor a interpretace.
  • 6. Pohyb molekul v plynech (Atkins 20.1.1), DH
  • Tlak ideálního plynu mikroskopicky. Předpoklady kinetického modelu. Střední kvadratické rychlosti. Od Boltzmannova rozdělení energií k Maxwellovu rozdělení rychlostí. Maxwellova distribuce pro různé M a T. Nejpravděpodobnější rychlost a střední rychlost.
  • 7. Transportní vlastnosti ideálního plynu, difuze (Atkins 20.1.4+20.3), DH
  • Pojem difuze. Tok a jeho souvislost s gradientem koncentrace: 1. Fickův zákon difuze. Difúzní koeficient a střední volná dráha. 2. Fickův zákon difuze.
  • 8. Chemická kinetika – 2. pohled (Atkins 21+22.3.2), DH
  • Plochy potenciální energie (Atkins 22.3.2). Princip mikroskopické reversibility. Typické reakční mechanismy a přesná řešení jejich rychlostních rovnic pro paralelní, následné a vratné reakce. Řešení rychlostních rovnic využívající přiblížení: pseudo první řád, předřazená rovnováha. Ustálený stav, kinetické a termodynamické řízení reakcí.
  • 9. Chemická kinetika – 3. Pohled (Atkins 21.1+23.1) (DH)
  • Konkrétní řešení kinetických problémů: Lindemanův mechanismus unimolekulárního rozkladu. Homogenní katalýza – pomocí principu předřazené rovnováhy a aproximace ustáleného stavu. Enzymy: Mechanismus Michaelise a Mentenové.
  • 10. Jednoduché směsi: 2. pohled (Atkins 5.3), MM
  • Diagramy s tlakem par: složení páry, interpretace diagramů, pákové pravidlo. Diagramy teplota-složení: destilace směsí, azeotropy, nemísitelné kapaliny. Fázové diagramy rovnováhy kapalina-kapalina: rozdělení na fáze, kritické rozpouštěcí teploty, destilace částečně mísitelných kapalin. Fázové diagramy rovnováhy kapalina-pevná fáze.
  • 11. Aktivity iontů. Chemická rovnováha: 2. pohled (Atkins 5.4.4, 6.2), DH
  • Aktivity iontů v roztoku: střední aktivitní koeficienty, Debye-Hückelův limitní zákon. Jak reagují rovnováhy na změny tlaku. Odezva rovnováh na změny teploty: Van’t Hoffova rovnice.
Literatura
    povinná literatura
  • Atkins Peter, de Paula Julio: Fyzikální chemie, VŠCHT Praha (1. vydání, 2013) , ISBN: 978-80-7080-830-6.
    doporučená literatura
  • ATKINS, P. W. a Julio DE PAULA. Atkins' physical chemistry. 9th ed. Oxford: Oxford University Press, 2010, xxxii, 972. ISBN 9780199543373. info
    neurčeno
  • KLOUDA, Pavel. Fyzikální chemie : studijní text pro SPŠCH. 2., upr. a dopl. vyd. Ostrava: Pavel Klouda, 2002, 139 s. ISBN 8086369064. info
  • ATKINS, P. W. a Julio DE PAULA. Atkins' physical chemistry. 8th ed. Oxford: Oxford University Press, 2006, xxx, 1064. ISBN 0198700725. info
  • 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
  • MOORE, Walter J. Fyzikální chemie. 2. vyd. Praha: Nakladatelství technické literatury, 1981, 974 s. info
Záložky
https://is.muni.cz/ln/tag/PříF:C4020!
Výukové metody
Předmět tvoří 13 přednášek. Silně se doporučuje absolvovat simultánně s přednáškou také seminář C4020.
Metody hodnocení
Prezenční písemný test nebo distanční ústní zkouška přes MsTeams, dle volby studenta.
Forma (distanční nebo prezenční) bude upřesněna s ohledem na aktuální situaci.
Obě formy zkoušky budou založeny na zadání otázek a úloh v rozsahu 6ti stran po jednotlivých tématech. Obě budou hodnoceny plným počtem bodů v případě zcela správné odpovědi, polovinou bodů v případě částečně správně odpovědi, resp. nulovým ziskem při žádné nebo výrazně nesprávné odpovědi.
Pro úspěšné složení ZK bude potřeba získat z testu nebo ústní zkoušky 50% bodů celkem a 25% bodů za každou stranu. Pokud bude splněn bodový limit 50% bodů celken a limit 25% bodů bude splněn v 5ti oblastech ze 6ti, bude možné ústní dozkoušení z problematické kapitoly.
Test/ústní výkon bude též oznámkován dle šablony 50-59% E, 60-69% D, 70-79% C, 80-89% B, 90-100% A.
Navazující předměty
Informace učitele
Doporučuje se zapsat společně s předmětem C4040 Pokročilá fyzikální chemie - seminář.
Další komentáře
Studijní materiály
Předmět je vyučován každoročně.
předmět předpokládá znalosti fyzikální chemie v rozsahu C4660.
Nachází se v prerekvizitách jiných předmětů
Předmět je zařazen také v obdobích jaro 2008 - akreditace, jaro 2011 - akreditace, jaro 2000, podzim 2010 - akreditace, jaro 2001, jaro 2002, jaro 2003, jaro 2004, jaro 2005, jaro 2006, jaro 2007, jaro 2008, jaro 2009, jaro 2010, podzim 2010, jaro 2011, podzim 2011, podzim 2011 - akreditace, podzim 2012, podzim 2013, podzim 2014, podzim 2015, podzim 2016, podzim 2017, podzim 2018, podzim 2019, podzim 2020, podzim 2022, podzim 2023, podzim 2024.