Students will:

1. Understand fundamentals of chemical thermodynamics including basics of statistical thermodynamics,

2. Be able to apply methods of physical chemistry in a variety of fields of chemistry and chemical engineering;

3. Be able to formulate the problem, look for the necessary data in the literature, and communicate with experts more difficult tasks.

Student bude:

1. rozumět základům chemické termodynamiky vč. minima statistické termodynamiky;

2. schopen aplikovat metody fyzikální chemie v nejrůznějších oblastech chemie a chemického inženýrství;

3. schopen zformulovat problém, vyhledat v literatuře potřebné údaje a diskutovat s odborníky o složitějších úlohách.

Credit C (calculations) at least 50%

Homework H at least 75%

Written test at least 40, oral max +20, total T min 50

Grade = 0.4×(C+H−50+T): F below 50, A for 90 or more; not better than D for test<50

Zápočet se udílí za dva převážně výpočetní průběžné testy napsané v průměru s hodnocením Z lepším než 50 %. V případě neúspěchu lze psát maximálně dvakrát souhrnný test.

Pro připuštění ke zkoušce je nutno podle stanoveného harmonogramu odevzdat domácí úkoly. Průměrné hodnocení domácích úkolů D nesmí být horší než 75 %.

Zkouška je založena na písemce, která obsahuje jak teoretické otázky, tak výpočty. Minimální hodnocení je 40 bodů. Na přání studenta může následovat ústní dozkoušení, za které může být uděleno až +20 bodů; body se neubírají. Výsledný součet P bodů z písemky a dozkoušení nesmí být menší než 50.

Celková známka je dána váženým průměrem 0.4×(Z+D−50+P), podle klíče: méně než 50 = F, nad 50 ale méně než 60 = E, …, 90 a více = A. Výjimka: v případě písemky pod 50 bodů je nejlepší výsledná známka D.

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

Z: Novák J. a kol., Fyzikální chemie I – bakalářský kurz, VŠCHT Praha, 2005, 8070805595

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

Z: Malijevský a kol., Breviář z fyzikální chemie, VŠCHT Praha, 2000, 8070804033

Z: Novák J. a kol., Příklady a úlohy z fyzikální chemie, VŠCHT Praha, 2000, 8070803940

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

1. Repetition: good practice of using and converting units, different expressions of concentrations. Basic concepts of physical chemistry (system, state, phase, quantity, action, equilibrium, stationary process). Zeroth Law of Thermodynamics, empirical temperature. Equation of state in general; bonus: history. Ideal gas, derivation of the equation of state from the kinetic theory of gases, equipartition principle and interpretation of temperature. A mixture of ideal gases, partial pressure.

2. Real fluid, critical point, description (isotherms, isobars, isochores, coefficients of expansion and compressibility). Bonus: Theorem of corresponding states, universality of a critical point.

3. Intermolecular forces, origin of the van der Waals equation, cubic equations of state. Compressibility factor, virial expansion. Equations of state for mixtures of real gases, mixing and combining rules.

4. First Law of Thermodynamics: internal energy (caloric equation of state), history. Internal energy of ideal gas from kinetic theory. Heat, work and their calculation, heat capacities, reversible adiabatic process.

5. Enthalpy, heat of reaction, standard reaction, internal energies and enthalpies of formation and combustion. Hess' law and enthalpy balance, dependence of reaction enthalpy on temperature, thermochemical calculations, calorimetric equation.

6. Mathematics: functions of several variables, gradient, potential. The Second Law of Thermodynamics: heat engines, introduction of entropy and absolute thermodynamic temperature using the Carnot cycle. Helmholtz and Gibbs energy, their meaning, properties, and calculation. Maxwell's relations. Change of state functions with temperature, pressure, and volume for ideal and real systems.

7. Combined first and second law expression. Boltzmann probability (motivated by barometric equation), statistical-thermodynamic interpretation of the combined expressions, Boltzmann's equation for entropy. Mixing entropy. The Third Law of Thermodynamics, the meaning of absolute entropy. Bonus: residual entropy of crystals, information entropy.

8. Thermodynamics of irreversible processes. Bonus: H‑theorem, Landauer's principle. Extensive equilibrium conditions. Bonus: liquefaction of gases, Joule-Thompson effect.

9. Thermodynamics of mixtures, partial molar quantities. Gibbs–Duhem equation. Chemical potential, concept of standard state, activity, fugacity. Intense conditions of equilibrium.

10. Gibbs phase law. Phase diagram of pure substance, allotropy and polymorphism. Clapeyron and Clausius–Clapeyron equations, Antoine equation. Experimental determination of saturated vapor pressure.

11. Equilibria in multicomponent systems, phase diagrams and their interpretation. Liquid-vapor equilibrium, Raoult's law, non-ideal liquid mixture, azeotrope and heteroazeotrope. Steam distillation.

12. Solubility of gases in liquids, Henry's law and its various expressions. Bonus: temperature dependence of Henry's constant. Liquid-solid equilibrium, thermodynamic description, eutectic and peritectic systems, interpretation of more complex diagrams. Cooling curves. Colligative properties: cryoscopy, ebulioscopy.

13. Ternary systems, ternary diagrams, tie-lines, critical points. Nernst distribution law. Lever rule.

14. Regular solution model, Flory–Huggins model. Criteria of stability, metastability, and instability. Spinodal decomposition. Bonus: Legendre transform (graphically).

01. Opakování: správná praxe používání a převodu jednotek, různé vyjadřování koncentrací. Základní pojmy fyzikální chemie (systém, skupenství, fáze, veličina, děj, rovnováha, stacionární proces). Nultý termodynamický zákon, empirická teplota. Stavová rovnice obecně; bonus: historie. Ideální plyn, odvození stavové rovnice z kinetické teorie plynů, ekvipartiční princip a interpretace teploty. Směs ideálních plynů, parciální tlak.

02. Reálná tekutina, kritický bod, popis (izotermy, izobary, izochory, koeficienty roztažnosti a stlačitelnosti). Bonus: Teorém korespondujících stavů, univerzalita kritického bodu.

03. Mezimolekulární síly, navození van der Waalsovy rovnice, kubické stavové rovnice. Kompresibilitní faktor, viriálový rozvoj. Stavové rovnice pro směsi reálných plynů, směšovací a kombinační pravidla.

04. První termodynamický zákon: vnitřní energie (kalorická stavová rovnice), historie. Vnitřní energie ideálního plynu z kinetické teorie. Teplo, práce a jejich výpočet, tepelné kapacity, vratný adiabatický děj.

05. Entalpie, reakční teplo, standardní reakční, slučovací a spalné entalpie a vnitřní energie. Hessův zákon a entalpická bilance, závislost reakční entalpie na teplotě, termochemické výpočty, kalorimetrická rovnice.

06. Matematika: funkce více proměnných, potenciál, gradient. Druhý termodynamický zákon: tepelné stroje, zavedení entropie a absolutní termodynamické teploty pomocí Carnotova cyklu. Helmholtzova a Gibbsova energie, jejich význam, vlastnosti a výpočet. Maxwellovy vztahy. Změna stavových funkcí s teplotou, tlakem a objemem pro ideální a reálné systémy.

07. Spojená formulace prvního a druhého zákona. Boltzmannova pravděpodobnost (navození pomocí barometrické rovnice), statisticko‑termodynamická interpretace spojené formulace, Boltzmannova rovnice pro entropii. Směšovací entropie. Třetí termodynamický zákon, význam absolutní entropie. Bonus: reziduální entropie krystalů, informační entropie.

08. Termodynamika nevratných dějů. Bonus: H‑teorém, Landauerův princip. Extenzivní podmínky rovnováhy. Bonus: zkapalňování plynů, Jouleův–Thompsonův jev.

09. Termodynamika směsí, parciální molární veličiny. Gibbsova–Duhemova rovnice. Chemický potenciál, pojem standardního stavu, aktivita, fugacita. Intenzivní podmínky rovnováhy.

10. Gibbsův fázový zákon. Fázový diagram čisté látky, alotropie a polymorfismus. Clapeyronova a Clausiova–Clapeyronova rovnice, Antoineova rovnice. Experimentální stanovení tlaku nasycených par.

11. Rovnováhy ve vícesložkových systémech, fázové diagramy a jejich interpretace. Rovnováha kapalina–pára, Raoultův zákon, neideální kapalná směs, azeotrop a heteroazeotrop. Přehánění s vodní parou.

12. Rozpustnost plynů v kapalinách, Henryho zákon a jeho různá vyjádření. Bonus: teplotní závislost Henryho konstanty. Rovnováha kapalina–pevná látka, termodynamický popis, eutektikum a peritektikum, interpretace složitějších diagramů. Křivky chladnutí. Koligativní vlastnosti: kryoskopie, ebulioskopie.

13. Ternární systémy, trojúhelníkové diagramy, konody, kritické body. Nernstův rozdělovací zákon. Pákové pravidlo.

14. Model regulárního roztoku, Floryho–Hugginsův model. Kritéria stability, metastability a nestability. Spinodální dekompozice. Bonus: Legendreova transformace (graficky).

http://old.vscht.cz/fch/cz/pomucky/fchab/FCHA.html

http://old.vscht.cz/fch/cz/pomucky/fchab/FCHA.html

Mathematics A, Mathematics B

Matematika A, Matematika B