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.

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

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

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

15. Chemical equilibrium, reaction Gibbs energy, direction of reaction. Equilibrium constant and various methods of its calculation, dependence of equilibrium on temperature and pressure.

16. Methods of calculating equilibria (balance for one or more reactions, equation or a system of equations vs. minimization of Gibbs energy). Reactions in gas phase, with pure solid or liquid component, decomposition reactions. Solid phase reaction.

17. Reactions in electrolyte solutions, equilibria. Examples: strong and weak acids, hydrolysis of salts, buffers, pH calculations, speciation of ions, solubility of salts.

18. Formal chemical kinetics, reaction rate, kinetic equation, half-life, balance for simple and simultaneous reactions. Consecutive, parallel, and reversible reactions, relation to equilibrium (law of mass action). Kinetic measurements, determination of the order of reaction from rates and from the integrated form of the kinetic equation.

19. Potential energy surface, transition state, Arrhenius relation. Bonus: Eyring's equation and collision theory.

20. Reaction mechanisms and steady state approximation. Catalysis, enzymatic reactions (Michaelis and Menten mechanism), radical reactions. Bonus: Photon energy, photochemical reactions.

21. Electric bilayer, Poisson–Boltzmann equation, Gouy–Chapman model, Debye screening (solution of the linearized equation). Debye–Hückel theory of electrolyte solutions, applications.

22. Beketov series, electrolytic and galvanic cells, electrodes. Electrolysis and Faraday's law. Equilibrium galvanic cells, thermodynamics of reactions in a cell, Nernst equation.

23. Types of electrodes, galvanic cells as energy sources. Overpotential. Polarography, voltammetry. Corrosion and passivation.

24. Transport phenomena (in general), flow (masses, charges, etc.) and thermodynamic force. Diffusion: Fick's/Fourier's laws and heat conduction equations. Einstein–Smoluchowski and Einstein–Stokes equations, Brownian motion. Bonus: Entropy production, principle of minimal entropy production.

25. Ion migration in electrolyte solutions, conductivity, molar conductivity, ion mobility and relation to diffusivity. Kohlrausch's law. Conductivity measurement. Transference numbers. Bonus: Nernst layer, measurement of transference numbers.

26. Membranes. Osmotic pressure, van ’t Hoff equation, osmotic virial expansion (briefly). Electrical phenomena on membranes, Donnan equilibria. Non-equilibrium phenomena, Nernst-Planck equation, diffusion potential.

27. Interfaces. Interfacial energy and surface tension, curved interfaces, Laplace pressure, capillary action, Laplace–Young equation, Kelvin (Gibbs–Thomson, Ostwald–Freundlich) equation. Nucleation and spinodal decomposition (qualitatively). Surfactants, surface pressure. Micelles, films, colloids (briefly).

28. Adsorption. Physical adsorption and chemisorption. Common adsorption isotherms (Langmuir, BET, Freundlich). Capillary condensation. Bonus: Dissociative adsorption, Langmuir–Hinshelwood and Elye–Rideal mechanism.

15. Chemická rovnováha, reakční Gibbsova energie, směr reakce. Rovnovážná konstanta a různé metody jejího výpočtu, závislost rovnováhy na teplotě a tlaku.

16. Metody výpočtu rovnováh (bilance pro jednu i více reakcí, rovnice či soustava rovnic vs. minimalizace Gibbsovy energie). Reakce v plynné fázi i s čistou pevnou či kapalnou složkou, rozkladné reakce. Reakce v pevné fázi.

17. Reakce v roztocích elektrolytů, rovnováhy. Příklady: silné a slabé kyseliny, hydrolýza solí, pufry, výpočty pH, vícesytné kyseliny a zásady (speciace), rozpustnost solí a její ovlivnění.

18. Formální chemická kinetika, rychlost reakce, kinetická rovnice, poločas, bilance pro jednoduché a simultánní reakce. Následné, boční a vratné reakce, vztah k rovnováze (zákon působení aktivních hmot). Kinetická měření, stanovení řádu reakce z rychlostí nebo integrovaného tvaru kinetické rovnice.

19. (Hyper)plocha potenciální energie, tranzitní stav, Arrheniův vztah. Bonus: Eyringova rovnice a srážková teorie.

20. Reakční mechanismy a aproximace stacionárního stavu. Katalýza, enzymatické reakce (mechanismus Michaelise a Mentenové), radikálové reakce. Bonus: Energie fotonu, fotochemické reakce.

21. Elektrická dvojvrstva, Poissonova–Boltzmannova rovnice, Gouyův–Chapmanův model, Debyeovo stínění (řešení linearizované rovnice). Debyeova–Hückelova teorie roztoků elektrolytů, aplikace.

22. Beketovova řada, elektrolytické a galvanické články, elektrody. Elektrolýza a Faradayův zákon. Rovnovážné galvanické články, termodynamika reakcí v článku, Nernstova rovnice.

23. Typy elektrod, galvanické články jako zdroje energie. Přepětí, polarografie, voltametrie. Koroze a pasivace.

24. Transportní jevy (obecně), tok (hmoty, náboje atd.) a termodynamická síla. Difuze: Fickovy zákony resp. Fourierův zákon a rovnice vedení tepla. Einsteinova–Smoluchowského a Einsteinova–Stokesova rovnice, Brownův pohyb. Bonus: Produkce entropie, princip minimální produkce entropie.

25. Migrace iontů v roztocích elektrolytů, konduktivita, molární vodivost, pohyblivost iontů a vztah k difuzivitě. Kohlrauschův zákon. Měření vodivosti. Převodová čísla. Bonus: Nernstova vrstva, měření převodových čísel.

26. Membrány. Osmotický tlak, van ’t Hoffova rovnice, osmotický viriálový rozvoj (stručně). Elektrické jevy na membránách, Donnanovy rovnováhy. Nerovnovážné jevy, Nernstova–Planckova rovnice, difuzní potenciál.

27. Rozhraní. Mezifázová energie a povrchové napětí, zakřivená rozhraní, Laplaceův tlak, kapilární elevace a deprese, Laplaceova–Youngova rovnice, Kelvinova (Gibbsova–Thomsonova, Ostwaldova–Freundlichova) rovnice. Nukleace a spinodální dekompozice (kvalitativně). Surfaktanty, povrchový tlak. Micely, filmy, koloidy (stručně).

28. Adsorpce. Fyzikální adsorpce a chemisorpce. Základní adsorpční izotermy (Langmuirova, BET, Freundlichova). Kapilární kondenzace. Bonus: Disociativní adsorpce, Langmuirův–Hinshelwoodův a Elyeův–Ridealův mechanismus.

Physical Chemistry A, Mathematics A, Mathematics B

Fyzikální chemie A, MatematikaA+B

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.