PředmětyPředměty(verze: 954)
Předmět, akademický rok 2021/2022
  
Fyzikální chemie A - B403001
Anglický název: Physical Chemistry A
Zajišťuje: Ústav fyzikální chemie (403)
Fakulta: Fakulta chemicko-inženýrská
Platnost: od 2020 do 2023
Semestr: oba
Body: 6
E-Kredity: 6
Způsob provedení zkoušky:
Rozsah, examinace: 3/2, Z+Zk [HT]
Počet míst: zimní:neomezen / neomezen (neurčen)
letní:neurčen / neurčen (neurčen)
Minimální obsazenost: neomezen
Stav předmětu: vyučován
Jazyk výuky: čeština
Způsob výuky: prezenční
Způsob výuky: prezenční
Úroveň:  
Další informace: http://old.vscht.cz/fch/cz/pomucky/fchab/FCHA.html
Poznámka: předmět lze zapsat v ZS i LS
Garant: Kolafa Jiří prof. RNDr. CSc.
Klasifikace: Chemie > Fyzikální chemie
Záměnnost : N403035
Pro tento předmět jsou dostupné online materiály
Anotace -
Kurz Fyzikální chemie A+B poskytuje ucelený přehled fyzikální chemie jako disciplíny sloužící k pochopení principů a výpočtů v chemii i chemickém inženýrství. Výklad začíná chemickou termodynamikou a je veden z molekulárního pohledu spíš než než z klasického spojitého, a proto jsou paralelně probírány i nezbytné základy statistické termodynamiky. Část A (zimní semestr) je zakončena fázovými rovnováhami. Část B (letní semestr) je věnována chemické rovnováze, chemické kinetice, elektrochemii a fyzikální chemii povrchů. Další tradiční oblasti fyzikální chemie – kvantová teorie a spektroskopie – nejsou kurzem pokryty.
Poslední úprava: Kolafa Jiří (03.07.2020)
Výstupy studia předmětu -

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.

Poslední úprava: Kolafa Jiří (03.07.2020)
Literatura -

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

Poslední úprava: Kolafa Jiří (03.07.2020)
Studijní opory -

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

Poslední úprava: Kolafa Jiří (03.07.2020)
Sylabus -

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).

Poslední úprava: Kolafa Jiří (03.07.2020)
Studijní prerekvizity -

Matematika A, Matematika B

Poslední úprava: Kubová Petra (04.12.2017)
Podmínky zakončení předmětu (Další požadavky na studenta) -

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.

Poslední úprava: Kolafa Jiří (03.07.2020)
Zátěž studenta
Činnost Kredity Hodiny
Konzultace s vyučujícími 0.5 14
Účast na přednáškách 1.5 42
Příprava na přednášky, semináře, laboratoře, exkurzi nebo praxi 1.5 42
Příprava na zkoušku a její absolvování 1.5 42
Účast na seminářích 1 28
6 / 6 168 / 168
 
VŠCHT Praha