Poslední úprava: prof. RNDr. Bohuslav Gaš, CSc. (02.10.2023)
Přednáška je určena především pro studenty geologických oborů. Podává základy termodynamiky, chemické kinetiky a elektrochemie zaměřené na její užití v přírodních vědách.
Poslední úprava: prof. RNDr. Bohuslav Gaš, CSc. (02.10.2023)
The lecture is directed predominantly for students in geological fields. It brings the base of thermodynamics, chemical kinetics and electrochemistry for its use in sciences. In parallel with the lecture there are held Calculations in Physical Chemistry, where the understanding of the theoretical matters is trained.
Literatura
Poslední úprava: prof. RNDr. Bohuslav Gaš, CSc. (17.02.2019)
P.W. Atkins: Physical Chemistry, Oxford University Press
J. Dvořák, R. Brdička: Základy fysikální chemie, Academia, Praha
Požadavky ke zkoušce
Poslední úprava: prof. RNDr. Bohuslav Gaš, CSc. (23.10.2019)
For passing the subject the knowledge of physical chemistry in the scope presented at the lessons is requisite
1st examination (i) Written exam - for passinng the 1st written exam at least half of maximum assesment is necessary. If not reached, the exam is evaluated as unsatisfactory. (ii) Oral exam
1st retake (i) Written exam (ii) Oral exam
2nd retake Comissional oral examination
Sylabus -
Poslední úprava: prof. RNDr. Bohuslav Gaš, CSc. (06.06.2019)
1. Základní pojmy
Hmota (látka) a záření, množství látky - mol, Avogadrova konstanta, extenzivní a intenzivní veličiny, molární veličiny, jednotky pro koncentraci. Zákon zachování hmoty a energie, jednotky energie, energie pohybu molekul - translace, rotace, vibrace, tepelná energie, ekvipartiční princip klasické fyziky.
2. Vlastnosti plynů
Stav látky, jednotky tlaku a teploty, standardní hodnoty tlaku a teploty, absolutní teplota, teplotní stupnice, stavová rovnice ideálního plynu. Kinetický model ideálního plynu: rozložení rychlosti, střední kvadratická rychlost, střední rychlost, nejpravděpodobnější rychlost, střední energie, mezimolekulové srážky, srážková frekvence, hustota srážek, střední volná dráha, počet nárazů na stěnu.
Reálné plyny: van der Waalsova rovnice, kritické veličiny plynu.
3. První termodynamická věta
Vnitřní energie, objemová práce, reverzibilní a ireverzibilní děje, stavové funkce, entalpie, tepelné kapacity při konst. objemu a tlaku, objemová práce při reverzibilním a ireverzibilním ději, izotermická a adiabatická expanze a komprese ideálního plynu.
Definice entropie systému a okolí, Clausiova nerovnost, výpočet entropie, tepelné stroje, tepelná čerpadla, jejich účinnost, definice Helmholtzovy a Gibbsovy energie, spontánnost a rovnováha dějů, termodynamická stavová rovnice, Maxwellovy rovnice, závislost Gibbsovy energie na teplotě a tlaku.
Definice chemického potenciálu čisté látky, chemický potenciál ideálního plynu
5. Čisté látky
Pevné látky, kapaliny, plyny, fázové změny, Gibbsův zákon fází, rovnováha mezi fázemi, Clapeyronova rovnice, Clausiova-Clapeyronova rovnice, obsah vodní páry ve vzduchu, relativní vlhkost.
6. Směsi
Parciální molární veličiny, parciální molární objem, chemický potenciál složek směsi, Raoultův zákon, Henryho zákon, koligativní vlastnosti roztoků: zvýšení bodu varu, snížení bodu tuhnutí, rozpustnost tuhých látek, Var směsi kapalin: destilace, rektifikace, fázové diagramy p-x, T-x, azeotropické směsi, Definice aktivity, aktivita plynné směsi a roztoku, směšovací Gibbsova funkce.
7. Chemické rovnováhy
Reakční Gibsova energie, standardní reakční Gibbsova energie, rovnovážná konstanta, závislost rovnovážné konstanty na teplotě, závislost rovnovážného složení na tlaku, výpočet rovnovážného složení reakční směsi, homogenní a heterogenní chemické rovnováhy, chemické rovnováhy slabých elektrolytů, pH. Rovnovážná elektrochemie: galvanický článek, elektrodový potenciál, článková reakce, lithiové články.
8. Nerovnovážný transport
Difuze
9. Reakční kinetika
Rychlost chemických reakcí, rychlostní konstanta, řád chemické reakce, mechanismus reakce, kinetika složitějších reakcí, radioaktivní rozpadové ředy
Podrobnější sylabus včetně rovnic je dostupný na Webové stránce
http://www.natur.cuni.cz/gas
Poslední úprava: prof. RNDr. Bohuslav Gaš, CSc. (06.06.2019)
1. Basic terms
Matter and radiation, amount of substance, mol, Avogadro constant, extensive and intensive quantities, molar quantities, units of concentration. Mass and energy conservation laws, units of energy, energy of molecular movement - translation, rotation, vibration, thermal energy, equipartition principle of classical physics.
2. Properties of gases
States of substances, units of pressure and temperature, standard values of pressure and temperature, temperature scales, perfect gas equation. Kinetic theory of gases: distribution of speed, mean square speed, mean speed, most probable speed, mean energy, intermolecular collisions, collision frequency, collision density, mean free path, collision with surfaces.
Real gases: van der Waals equation, critical constants of real gases.
3. First law of thermodynamics
Internal energy, expansion work, reversible and irreversible processes, functions of state, enthalpy, heat capacities, expansion work in reversible and irreversible processes, isothermal and adiabatic expansion and compression of ideal gas.
Thermochemistry: enthalpy (heat) of fusion, boiling, sublimation, enthalpy (heat) of reaction, formation, combustion, dependence of reaction enthalpy on temperature, Hess law.
4. Second law of thermodynamics
Definition of entropy of system and environment, Clausius inequality, calculation of entropy, heat engines, heat pump, their efficiency, definition of Helmholtz and Gibbs energy, spontaneity and equilibrium of processes, thermodynamic equation of state, Maxwell equations, dependence of Gibbs energy on temperature and pressure. Definition of chemical potential of pure substance, chemical potential of ideal gas.
5. Pure substances
Solid substances, liquids, gases, phase changes, Gibbs law of phases, phase equilibria, Clapeyron equation, Clausius-Clapeyron equation, water vapour in air, relative humidity.
6. Mixtures
Partial molar quantities, partial molar volume, chemical potential of mixture, Raoult law, Henry law, colligative properties of solutions: elevation of boiling point, depression of freezing point, solubility. Boiling of mixture of liquids: distillation, rectification, phase diagrams p-x, T-x, azeotropic mixtures. Definition of activity, activity of mixture of gases, activity of liquid solution, mixing Gibbs function.
7. Chemical equilibria
Reaction Gibbs energy, standard reaction Gibbs energy, equilibrium constant, dependence of equilibrium constant on temperature (van't Hoff equation), dependence of equilibrium composition on pressure, calculation of equilibrium composition of reaction mixture, homogeneous and heterogeneous chemical equilibria. Chemical equilibria of weak electrolytes, pH. Equilibrium electrochemistry: galvanic cell, electrode potential, reaction at electrodes, lithium cells.
8. Nonequilibrium transport
Diffusion
9. Rates of chemical reactions
Rates of reactions, rate law, rate constant, reaction order, reaction mechanism, kinetics of more complex reactions, radioactive decay.
A more detailed syllabus including equations is available at the Web page
