Students will know:

Forces between molecules and the consequences for the behavior of micro-and nano-objects.

How to solve moderately complex problems in chemical kinetics, electrochemistry and equilibria in ionic solutions.

Fundamentals of the kinetic theory of gases.

Fundamentals of the physical chemistry of polymers and surfaces.

Studenti budou umět:

Síly mezi molekulami a důsledky pro chování mikro a nanoobjektů

Řešit středně složité úlohy z chemické kinetiky, elektrochemie a rovnováh v iontových roztocích

Základy kinetické teorie plynů

Základy fyzikální chemie povrchů a polymerů

A: Atkins P.W., de Paula J., Physical Chemistry, Oxford University Press, 2010, 9780199543373

A: Rubinstein M., Colby R.H., Polymer physics, Oxford University Press, 2010, 978-0-19-852059-7

Z: Novák J. a kol., Fyzikální chemie - bakalářský a magisterský kurz, VŠCHT, Praha 2008, 9788070806753

D: Atkins P.W., de Paula J., Physical Chemistry, Oxford University Press, 2010, 9780199543373

D: Rubinstein M., Colby R.H., Polymer physics, Oxford University Press, 2010, 978-0-19-852059-7

Lectures, homework (mathematical assistant use assumed), exercises (optionally using Maple)

Přednášky, domácí úkoly (předpokládá se použití vhodného matematického asistenta), cvičení (volitelně za pomoci matematického asistenta Maple)

1. Forces between molecules. Bonding and non-bonding interactions. Repulsion and dispersion forces. Electrostatic forces (ions, dipolar molecules, polarizability).

2. Introduction to statistical thermodynamics. Gas pressure and temperature. Boltzmann probability, Boltzmann equation for entropy, statistical sum and the Helmholtz energy.

3. The kinetic theory of gases I. Maxwell-Boltzmann velocity distribution. Mean free path of molecules. Collision rate.

4. The kinetic theory of gases II. The consequences of the kinetic theory of gases: viscosity, diffusivity, thermal conductivity. Theoretical dependence of these properties on temperature and pressure.

5. Brownian motion and diffusion. Translational and rotational diffusion. Fick's laws. Einstein-Smoluchowski equation.

6. The kinetic theory of gases III. Knudsen diffusion in a narrow pore. The thermal conductivity of the gas and the temperature distribution in a thin slit.

7. Electrochemistry. Diffusion and ionic conductivity in the electrolyte. Molar conductivity. Kohlrausch law, conductometry. Galvanic cells and the Nernst equation.

8. Chemical kinetics. Simultaneous reaction. Mechanisms of reactions.

9. Chemical equilibrium. Simultaneous reactions. Reaction direction. Solutions of electrolytes, pH, buffers, Debye-Hückel theory. Amino acids as ampholytes. Dissociation of polyelectrolytes.

10. Models of polymers. Lattice models for condensed systems. Thermodynamics of polymer-solvent systems. The mixing enthalpy and entropy. Flory-Huggins equation.

11. Fluctuations. Entropic repulsion of two layers of polymers due to thermal fluctuations.

12. Interfacial energy and surface tension. Cohesive and adhesive forces. Cohesive energy density. Practical theory of miscibility liquids, Hildebrand solubility parameter.

13. Relaxation phenomena in polymers. The theory of the glass transition. Free volume and diffusion in polymers. Slow relaxation in polymers - memory and visco-elastic effects.

14. Phase equilibrium. Van der Waals equation, binodal, spinodal. Spinodal decomposition. Phase diagrams of different systems: metal alloys, polymers, liquid crystals. The dependence of melting point on the nanoparticle size.

1.Síly mezi molekulami. Vazebné a nevazebné interakce. Repulze a disperzní síly. Elektrické síly (ionty, dipolární molekuly, polarizovatelnost).

2.Úvod do statistické termodynamiky. Tlak plynu a teplota. Boltzmannova pravděpo-dobnost, Boltzmannova rovnice pro entropii, statistická suma a Helmholtzova energie.

3.Kinetická teorie plynů I. Maxwelovo-Boltzmannovo rozdělení rychlostí. Střední volná dráha molekul. Frekvence srážek.

4.Kinetická teorie plynů II. Důsledky kinetické teorie plynů: viskozita, difuzivita, tepelná vodivost. Teoretická závislost těchto vlastností na teplotě a tlaku.

5.Brownův pohyb a difuze. Translační a rotační difuze. Fickovy zákony. Langevinova rovnice, Einsteinova-Smoluchowského rovnice.

6.Kinetická teorie plynů III. Knudsenova difuze v úzkém póru. Tepelná vodivost plynu a rozložení teploty v tenké štěrbině.

7.Elektrochemie. Difuze a iontová vodivost v elektrolytech. Molární vodivost. Kohlrauschův zákon, konduktometrie. Galvanické články a Nernstova rovnice.

8.Chemická kinetika. Simultánní reakce. Mechanismy reakcí.

9.Chemické rovnováhy. Simultánní reakce. Směr reakce. Roztoky elektrolytů, pH, pufry, Debyeova-Hückelova teorie. Aminokyseliny jako amfolyty. Disociace polyelektrolytů.

10.Modely polymerů. Mřížkové modely pro kondenzované systémy. Termodynamika systému polymer-rozpouštědlo. Směšovací entalpie a entropie. Flory-Hugginsova rovnice.

11.Fluktuace. Fluktuace rovnovážného stavu. Entropická repulse dvou vrstev polymerů způsobená tepelnými fluktuacemi.

12.Mezifázová energie a povrchové napětí. Kohezní a adhezní energie. Hustota kohezní energie. Praktická teorie mísitelnosti kapalin, Hildebrandův parametr rozpustnosti.

13.Relaxační děje v polymerech. Teorie skelného přechodu. Volný objem a difuze v polymerech. Pomalé relaxace v polymerech – paměťové a visko-elastické efekty. Termodynamika mechanického namáhání materiálů. Souvislost mezi nano-skopickými interakcemi a makroskopicky pozorovanými elastickými moduly.

14.Fázové rovnováhy. Van der Waalsova rovnice, binodála, spinodála. Spinodální dekompozice. Fázové diagramy různých systémů: kovové slitiny, polymery, kapalné krystaly. Závislost bodu tání na velikosti nanočástic.

http://old.vscht.cz/fch/cz/pomucky/kolafa/N403041.html (lectures and links)

http://old.vscht.cz/fch/cz/pomucky/kolafa/N403041.html (přednášky a odkazy tam uvedené)

Physical Chemistry I

Fyzikální chemie I