Chemia fizyczna 0600-S1-CM-CF

W ramach przedmiotu chemia fizyczna realizowane jest 30 godz. wykładu, i 45 godz. laboratorium.
Wykład obejmuje następujące treści
1. Wprowadzenie (zakres przedmiotu, podstawy matematyczne)
2. Stany skupienia
3. Stan gazowy
1) prawa gazowe,
2) równanie stanu gazu doskonałego;
3) równania stanu gazów rzeczywistych (van der Waalsa, wirialne);
3) zasada stanów odpowiadających sobie;
4) skraplanie gazów;
5) teoria kinetyczna gazów;
6) dyfuzja, efuzja.
4. Termodynamika: I zasada termodynamiki
1) podstawowe pojęcia (układ, ciepło, praca, energia);
2) energia wewnętrzna układu;
3) I zasada termodynamiki;
4) wyznaczanie zmian energii wewnętrznej (bomba kalorymetryczna), pojemność cieplna;
5) adiabata;
6) entalpia;
7) wyznaczanie zmian entalpii (kalorymetr), pojemność cieplna;
8) interpretacja pojemności cieplnej na poziomie molekularnym;
9) entalpia przemian fizycznych;
10) stan standardowy;
11) entalpia reakcji chemicznych;
12) prawo Hessa;
13) równanie Kirchhoffa.
5. Termodynamika: II zasada termodynamiki
1) cykl Carnota;
2) entropia (kierunek procesu samorzutnego; entropia i druga zasada termodynamiki; zmiana entropii);
3) obliczanie zmian entropii;
4) entropia absolutna i III zasada termodynamiki;
5) entropia i samorzutność reakcji;
6) konsekwencje II zasady termodynamiki – energia swobodna, entalpia swobodna, warunki samorzutności procesu;
6. Termodynamika: funkcje termodynamiczne
1) związek między funkcjami termodynamicznymi;
2) wielkości ekstensywne, intensywne;
3) cząstkowe wielkości molowe;
4) ważne równania termodynamiczne (równanie Gibbsa-Duhema i in.).
7. Nieidealność gazów, mieszanin gazów, roztworów ciekłych
1) potencjał chemiczny składnika mieszaniny;
2) lotność i współczynnik lotności (gazy);
3) aktywność i wsp. aktywności;
4) potencjał chemiczny substancji niejonowej w roztworze;
5) potencjał chemiczny elektrolitu w roztworze;
6) potencjał elektrochemiczny jonów w roztworze;
7) potencjał chemiczny rozpuszczalnika.
8. Równowagi fazowe – układy jednoskładnikowe
1) przejścia fazowe I-go i II-go rodzaju;
2) opis teoretyczny przejścia fazowego I-go rodzaju;
3) wykres fazowy i punkty charakterystyczne;
4) analiza termiczna;
5) reguła faz Gibbsa;
6) przykłady wykresów fazowych
9. Równowagi fazowe – układy dwuskładnikowe
1) reguła faz Gibbsa;
2) roztwory lotnych cieczy (destylacja frakcjonowana, roztwory azeotropowe);
3) wykresy fazowe układów ciecz-ciecz;
4) wykresy fazowe układów ciecz-cialo stałe;
5) analiza termiczna;
6) wykresy fazowe układów zawierających związki amfifilowe.
10. Równowagi fazowe – układy trójskładnikowe
1) reguła faz Gibbsa;
2) trójkąt Gibbsa;
3) przykłady wykresów fazowych;
4) prawo podziału Nernsta.
11. Roztwory – właściwości koligatywne
1) obniżenie prężności pary nad roztworem (prawo Raoulta, prawo Henry’ego);
2) podwyższenie temperatury wrzenia, obniżenie temperatury krzepnięcia;
3) ciśnienie osmotyczne, osmometria.
12. Roztwory – rozpuszczalność substancji
1) rozpuszczanie (wpływ budowy molekularnej substancji);
2) iloczyn rozpuszczalności, wpływ różnych czynników na rozpuszczalność substancji.
13. Roztwory elektrolitów – równowaga
1) metody wyznaczania współczynników aktywności – omówienie metody izopiestycznej;
2) teoria Debye'a – Hückela (chmura jonowa, grubość chmury jonowej, graniczne prawo Debye’a-Hückla);
3) równowagi w roztworach elektrolitów (iloczyn jonowy wody, teoria kwasów i zasad Brønsteda-Lowry'ego, stałe dysocjacji kwasu, zasady);
4) amfolity (zwykłe, obojnacze, punkt izoelektryczny);
5) miareczkowanie alkacymetryczne;
6) bufory, pojemność buforowa;
7) wskaźniki kwasowo-zasadowe;
14. Reakcje chemiczne – termodynamika
1) entalpia swobodna reakcji;
2) samorzutność reakcji;
3) reakcje sprzężone;
4) stałe równowagi chemicznej;
5) wpływ T, p na stałe równowagi,
6) reguła przekory Le Chateliera-Brauna.
15. Kinetyka chemiczna, cz. 1
1) szybkość reakcji chemicznej;
2) prawa kinetyczne;
3) rząd reakcji;
4) reakcja elementarna, molekularność;
5) nieodwracalne reakcje n-tego rzędu, n = 0, 1, 2; równania różniczkowe i całkowe, okres półtrwania;
6) reakcje odwracalne i równowaga;
7) reakcje szeregowe;
8) reakcje równoległe;
9) tworzenie równań różniczkowych dla kilku reakcji ze sobą powiązanych;
10) wyznaczanie rzędu reakcji;
11) techniki eksperymentalne;
12) teoria zderzeń;
13) teoria absolutnej szybkości reakcji;
14) wyprowadzanie równań kinetycznych;
15) przybliżenie równowagowe;
16) mechanizm Lindemanna-Christiansena;
17) reakcje łańcuchowe;
18) rozgałęzione reakcje łańcuchowe, wybuchy;
19) reakcje oscylacyjne;
20) reakcje fotochemiczne.
16. Kinetyka chemiczna, cz. 2: kataliza
1) rodzaje katalizy;
2) kataliza homogeniczna;
3) reakcje enzymatyczne;
4) inhibicja konkurencyjna w katalizie enzymatycznej;
5) kataliza heterogeniczna;
6) adsorpcja;
7) kinetyka Langmuira-Hinshelwooda;
8) dezaktywacja katalizatora.
17. Zjawiska powierzchniowe
1) warstwa międzyfazowa;
2) napięcie powierzchniowe, międzyfazowe;
3) powierzchnie zakrzywione;
4) zwilżanie;
5) filmy powierzchniowe;
6) adsorpcja na granicy faz ciecz – gaz;
7) adsorpcja na powierzchni ciał stałych.
18. Lepkość
1) definicja lepkości;
2) lepkość roztworów – wielkości pokrewne;
3) lepkościowo średnia masa cząsteczkowa;
4) przepływ w kapilarze - równanie Hagena-Poiseuille’a;
5) pomiar lepkości;
6) reologiczne zachowanie materiałów.
19. Oddziaływania międzycząsteczkowe
1) oddziaływania między jonami;
2) oddziaływania między trwałymi dipolami – energia Keesoma;
3) oddziaływania między dipolami indukowanymi – energia Debye’a;
4) oddziaływania między cząsteczkami obojętnymi elektrycznie – energia dyspersyjna (energia Londona),
5) atomowe siły odpychania;
6) oddziaływania międzycząstkowe
20. Elektrochemia: transport w roztworach elektrolitów
1) równanie transportowe jonów (równanie Nernsta-Plancka) i jego składowe, współczynnik dyfuzji, ruchliwość;
2) podstawowe wielkości (gęstość prądu, przewodność elektrolityczna, liczba przenoszenia jonu, przewodność molowa elektrolitu);
3) wyznaczanie przewodnictwa elektrolitu, stała sondy konduktometrycznej;
4) zależność przewodności elektrolitycznej, przewodności molowej od stężenia elektrolitu;
5) teoria Debye'a-Hückela-Onsagera przewodnictwa elektrolitów;
6) efekty Wiena;
7) pomiar liczby przenoszenia jonu metodą Hittorfa;
8) dyfuzja elektrolitu (I i II prawo Ficka).
21. Elektrochemia równowagowa: ogniwa galwaniczne
1) ogniwa, półogniwa;
2) reakcje połówkowe i sumaryczna ogniwa;
3) konwencja sztokholmska.
4) rodzaje elektrod, rodzaje półogniw;
5) notacja ogniw i półogniw;
6) szereg potencjałów standardowych półogniw;
7) termodynamiczny opis ogniwa elektrochemicznego;
8) równanie Nernsta;
22. Elektrochemia: przepływ prądu
1) prąd wymiany i równanie Butlera-Volmera;
2) nadnapięcie w elektrolizie;
3) równania Tafela.
23. Korozja elektrochemiczna.