Detail předmětu

Fyzikální chemie I

FCH-BC_FCH1Ak. rok: 2023/2024

Předmět termodynamiky, základní pojmy. Stavové chování plynů. Vnitřní energie a její smysl. 1. věta termodynamiky. Entalpie, tepelné kapacity. Termochemie. Carnotův cyklus. Entropie. Nevratné děje. 2. věta termodynamiky. Význam a měření entropie. Statistická interpretace entropie. Spojené formulace 1. a 2. věty. Funkční závislosti termodynamických veličin. Gibbsova a Helmholtzova energie. Rovnováha a její kritéria. Chemický potenciál, fugacita. Třetí věta termodynamiky. Fázové rovnováhy, fázové diagramy, kritérium fázové rovnováhy. Termodynamika roztoků, aktivita, standardní stavy. Chemické rovnováhy, rozsah reakce, reakční Gibbsova energie, reakční izoterma, rovnovážná konstanta. Roztoky elektrolytů. Vodivost roztoků, rychlost a pohyblivost iontů. Základy teorie meziiontového působení. Elektrolýza, Faradayovy zákony. Elektrolytické a galvanické články, elektrody a jejich potenciály, elektromotorické napětí. Nernstova rovnice. Druhy elektrod a článků. Elektrochemie v praxi.

Garant předmětu

prof. Ing. Miloslav Pekař, CSc.

Zajišťuje ústav

Ústav fyzikální a spotřební chemie (ÚFSCH)

Výsledky učení předmětu

Popis a vysvětlení chování chemicky reagujících i nereagujících (vícefázových) soustav veličinami, principy a rovnicemi termodynamiky; vysvětlení chování a vlastnosti vodných roztoků elektrolytů a způsobů využití jejich schopnosti vést elektrický proud. Podrobněji jsou výsledky učení uvedeny v e-learningu (pro jednotlivé body osnovy předmětu).

Prerekvizity

Základy matematiky (diferenciální a integrální počet) a fyziky (mechanika, elektrostatické pole, elektrický proud).

Literatura

Pekař M.: Přednášky z termodynamiky a elektrochemie. FCH VUT v Brně, Brno 2014 (CS)
Malijevský A. a kol.: Breviář z fyzikální chemie. VŠCHT, Praha 2000. (CS)
Atkins P., de Paula J.: Fyzikální chemie. VŠCHT, Praha 2013. (CS)
Oakley B.: A mind for numbers. Penguin, N. York 2014. (CS)

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Výuka předmětu je realizována formou: Přednáška - 2 vyučovací hodiny týdně, Cvičení - 2 vyučovací hodiny týdně. Vyučujícím a studentům je k dispozici e-learningový systém LMS Moodle.

Způsob a kritéria hodnocení

Účast na výuce je povinná a může být průběžně kontrolována, studium je průběžně kontrolováno pravidelnými písemnými testy na cvičeních a aktivními prvky ve výuce (přednášky i cvičení).
Podmínkou udělení zápočtu je absolvování všech průběžných písemných testů. Zápočet je udělen v případě dosažení průměru alespoň 50 bodů ze všech průběžných písemných testů (každý test je hodnocen 0-100 body). Při průměru menším než 50 bodů je podmínkou zápočtu absolvování souhrnného testu a získání alespoň 50 bodů z tohoto testu (ze 100 možných bodů).
Výsledná známka je dána váženým průměrem dvou hodnot: 1. průměru bodového hodnocení průběžných písemných testů ze cvičení (váha 30%) a 2. bodového hodnocení zkoušky (váha 70%). Je-li však zkouška hodnocena stupněm F, je výslednou známkou rovněž stupeň F. Je-li průměr bodového hodnocení průběžných písemných testů ze cvičení menší než 50 a souhrnný test je úspěšně absolvován, bere se do výsledného hodnocení předmětu hodnota 50 bodů (bez ohledu na výsledek souhrnného testu). Zkouška má povinnou písemnou část, k ústní části lze přistoupit pouze po získání alespoň 50 bodů z písemné části – není-li tomu tak, je zkouška hodnocena stupněm F. Písemná část sestává z deseti otázek, hodnocených 0-10 body. Při neúspěšné ústní části je možno opakovat pouze tuto část.

Jazyk výuky

čeština

Osnovy výuky

1. Úvod, obsah fyzikální chemie. Základní pojmy: teplota, teplo.
2. Základní pojmy: energie, práce. Kinetická teorie ideálního plynu.
3. První věta – úvod a motivace, vnitřní energie, objemová práce.
4. Entalpie, tepelná kapacita, termochemie. První věta – aplikace (ideální plyn).
5. Druhá věta – úvod do problematiky, spojený přenos energie teplem a prací. Druhá věta – entropie, kritérium směru a rovnováhy.
6. Spojená první a druhá věta – úvod, funkční vztahy. Základy popisu směsí, parciální molární veličiny, chemický potenciál.
7. Fázové chování – obecné základy, obecné rysy fázových diagramů. Reálné plyny a jejich zkapalnění.
8. Jednosložkové systémy – fázové chování.

9. Raoultův a Henryho zákon. Termodynamika roztoků, aktivita. Fázové chování dvousložkových systémů kapalina-pára. Fázové chování omezeně mísitelných systémů.
10. Fázové chování kapalina-tuhá látka. Třísložkové systémy. Chemické rovnováhy, rovnovážná konstanta.
11. Elektrolyty, vodivost, vedení proudu roztoky.
12. Rovnováhy v roztocích elektrolytů, meziiontové působení. Elektrochemické články.
13. Příklady článků a elektrod, elektrolýza, praktická elektrochemie.

Cíl

Po absolvování tohoto předmětu budou studenti schopni popsat a vysvětlit chování chemicky reagujících i nereagujících (vícefázových) soustav veličinami, principy a rovnicemi termodynamiky a vysvětlit chování a vlastnosti vodných roztoků elektrolytů i způsoby využití jejich schopnosti vést elektrický proud.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Účast na výuce je povinná a může být průběžně kontrolována, studium je průběžně kontrolováno pravidelnými písemnými testy na cvičeních a aktivními prvky ve výuce.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

Program BPCP_AAEFCH bakalářský, 2. ročník, zimní semestr, 6 kreditů, povinný
Program BKCP_AAEFCH bakalářský, 2. ročník, zimní semestr, 6 kreditů, povinný
Program BKCP_CHCHTE bakalářský, 2. ročník, zimní semestr, 6 kreditů, povinný
Program BPCP_CHCHTE bakalářský, 2. ročník, zimní semestr, 6 kreditů, povinný
Program BPCP_CHTM bakalářský, 2. ročník, zimní semestr, 6 kreditů, povinný
Program BKCP_CHTM bakalářský, 2. ročník, zimní semestr, 6 kreditů, povinný
Program BKCP_CHTOZP bakalářský, 2. ročník, zimní semestr, 6 kreditů, povinný
Program BPCP_CHTOZP bakalářský, 2. ročník, zimní semestr, 6 kreditů, povinný
Program BKCP_CHTPO bakalářský
specializace BT , 2. ročník, zimní semestr, 6 kreditů, povinný
Program BPCP_CHTPO bakalářský
specializace BT , 2. ročník, zimní semestr, 6 kreditů, povinný
Program BKCP_CHTPO bakalářský
specializace CHPL , 2. ročník, zimní semestr, 6 kreditů, povinný
Program BPCP_CHTPO bakalářský
specializace CHPL , 2. ročník, zimní semestr, 6 kreditů, povinný
Program BKCP_CHTPO bakalářský
specializace PCH , 2. ročník, zimní semestr, 6 kreditů, povinný
Program BPCP_CHTPO bakalářský
specializace PCH , 2. ročník, zimní semestr, 6 kreditů, povinný
Program BPCP_CHMA bakalářský, 2. ročník, zimní semestr, 6 kreditů, povinný

Typ (způsob) výuky

Přednáška

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Miloslav Pekař, CSc.

Cvičení

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Miloslav Pekař, CSc.