Chemia fizyczna 0600-S1-O-CFIZ
W ramach przedmiotu chemia fizyczna realizowane jest 75 godz. wykładu, 90 godz. laboratorium i 45 godz. ćwiczeń rachunkowych.
Wykład obejmuje następujące treści
1. Wprowadzenie (zakres przedmiotu, podstawy matematyczne)
2. Stany skupienia materii
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) entropie absolutne 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 wsp. 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 (woda, siarka, ditlenek węgla, węgiel, hel).
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;
3) parametr rozpuszczalności.
13. Roztwory elektrolitów – równowaga
1) metody wyznaczania współczynników aktywności – omówienie metody izopiestycznej;
2) teoria Debye'a – Hückela (atmosfera jonowa, jej grubość, 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 (przykłady miareczkowań kwasów wieloprotonowych, ich mieszanin, mieszanin z solą zasadą);
6) bufory, pojemność buforowa;
7) wskaźniki kwasowo-zasadowe;
14. Roztwory elektrolitów – transport
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).
15. 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.
16. Reakcje chemiczne – kinetyka, 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) jak tworzyć równania różniczkowe dla kilku reakcji ze sobą powiązanych;
10) wyznaczanie rzędu reakcji;
11) techniki eksperymentalne;
12) teoria zderzeń (Lewis 1918 r.) ;
13) teoria absolutnej szybkości reakcji;
14) reakcje kontrolowane przez dyfuzję;
15) wyprowadzanie równań kinetycznych;
16) przybliżenie równowagowe;
17) mechanizm Lindemanna-Christiansena;
18) reakcje łańcuchowe;
19) polimeryzacja rodnikowa;
20) kinetyka kopolimeryzacji;
21) rozgałęzione reakcje łańcuchowe, wybuchy;
22) spalanie;
16. Reakcje chemiczne – kinetyka, 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;
9) porównanie katalizy hetero- z homogeniczną.
17. Reakcje chemiczne – kinetyka, cz. 3
1) kinetyka reakcji jonowych;
2) reakcje oscylacyjne;
3) reakcje fotochemiczne.
18. 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.
19. 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.
20. 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
21. Elektrochemia - ogniwa
1) Ogniwa galwaniczne (reakcje cząstkowe, półogniwa).
2) Reakcje elektrodowe (ogniwo, elektrolizer).
3) Konwencja sztokholmska.
4) Standardowa Elektroda Wodorowa.
5) Notacja ogniw i półogniw.
6) Potencjały redukcji (standardowy potencjał pary redoks).
7) Ogniwa i półogniwa odwracalne (półogniwa gazowe, półogniwa drugiego rodzaju, półogniwa redoks).
8) Termodynamiczny opis ogniwa elektrochemicznego.
9) Potencjał elektrochemiczny i Nernsta.
22. Elektrochemia - przepływ prądu
1) Prąd Wymiany i Równanie Butlera-Volmera.
2) Nadnapięcie w elektrolizie.
3) Równania Tafela.
23. Elektrochemia - korozja.
1) Pojęcie korozji elektrochemicznej.
2) Mechanizm korozji żelaza.
3) Termodyanamiczny i kinetyczny opis korozji metali.
4) Diagram Evana.
5) Diagram Pourbaix.
Ćwiczenia laboratoryjne obejmują następujące treści:
1) Ćwiczenie nr 1: Wyznaczanie stałej kalorymetru i ciepła rozcieńczania
2) Ćwiczenie nr 2: Wyznaczanie efektu cieplnego reakcji zobojętniania za pomocą mikrokalorymetru różnicowego
3) Ćwiczenie nr 4: Ebuliometryczne wyznaczanie: masy molowej nieelektrolitów lub współczynnika osmotycznego mocnych elektrolitów
4) Ćwiczenie nr 5: Wyznaczanie współczynnika podziału. Prawo Nernsta
5) Ćwiczenie nr 6: Wyznaczanie diagramu fazowego układu skondensowanego dwuskładnikowego metodą analizy termicznej
6) Ćwiczenie nr 7: Wyznaczanie izotermy rozpuszczalności w układzie trzech cieczy; Trójkąt Gibbsa
7) Ćwiczenie nr 8: Wpływ substancji powierzchniowo czynnych na napięcie powierzchniowe; Izoterma adsorpcji Gibbsa
8) Ćwiczenie nr 9: Wyznaczanie izotermy adsorpcji z roztworu
9) Ćwiczenie nr 10: Refrakcja substancji rozpuszczonej
10) Ćwiczenie nr 11: Zależność lepkości cieczy od temperatury. Wyznaczanie lepkości cieczy w wiskozymetrze Ostwalda
11) Ćwiczenie nr 11a: Zależność lepkości roztworu od stężenia
12) Ćwiczenie nr 13: Pomiar siły elektromotorycznej ogniw; Wyznaczanie potencjałów półogniw oraz iloczynów rozpuszczalności halogenków srebra
13) Ćwiczenie nr 14: Wyznaczanie zmian funkcji termodynamicznych reakcji prądotwórczej w ogniwach
14) Ćwiczenie nr 15: Entropia mieszania roztworów na podstawie pomiarów SEM ogniw stężeniowych
15) Ćwiczenie nr 16: Wyznaczanie stałej dysocjacji słabego kwasu na podstawie pomiarów SEM ogniw
16) Ćwiczenie nr 17: Zależność przewodnictwa elektrycznego mocnych elektrolitów od stężenia
17) Ćwiczenie nr 18: Przewodnictwo wody i słabych elektrolitów. Wyznaczanie stałej dysocjacji Ka słabych elektrolitów
18) Ćwiczenie nr 19: Wyznaczanie szybkości przenikania tlenu przez granicę faz powietrze-roztwór metodą woltamperometrii z wirującą elektrodą platynową
19) Ćwiczenie nr 20: Krzywa elektrokapilarna rtęci
20) Ćwiczenie nr 21: Kinetyka hydrolizy estrów w środowisku kwaśnym
21) Ćwiczenie nr 22: Kinetyka reakcji z równaniem kinetycznym I rzędu - hydroliza sacharozy
22) Ćwiczenie nr 23: Kinetyka reakcji utleniania jonów jodkowych jonami nadsiarczanowymi
23) Ćwiczenie nr 24: Wyznaczanie stałej szybkości reakcji rozkładu nadtlenku wodoru na katalizatorze węglowym
24) Ćwiczenie nr 25: Wyznaczanie stałych równania Tafela
25) Ćwiczenie nr 27: Wyznaczanie współczynnika dyfuzji substancji w układzie dwuskładnikowym
26) Ćwiczenie nr 28: Wyznaczanie współczynnika Joule’a-Thomsona gazu rzeczywistego
Ćwiczenia rachunkowe obejmują następujące treści:
1. Obliczenia pracy i ciepła w prostych przemianach fizycznych, pojemność cieplna,
2. Pojęcie funkcji stanu, obliczenia zmian energii wewnętrznej i entalpi przemian fizycznych, I zasada termodynamiki,
3. Zmiany energii wewnętrznej i entalpii w reakcjach chemicznych, ciepło reakcji, reakcje tworzenia i spalania, prawo Hessa,
3. Zależność ciepła reakcji od temperatury - prawo Kirchhoffa
4. II zasada termodynamiki - obliczenia entropii prostych procesów fizycznych, entropia reakcji
5. Obliczenia entalpii i energii swobodnej procesów fizycznych i reakcji chemicznych.
6. Stan równowagi termodynamicznej - powinowactwo standardowe i stała równowagi - prawo działania mas, wpływ temperatury i ciśnienia na stan równowagi - reguła przekory.
7. Obliczanie stałych Kp, Kx, Kc
8.Kinetyka chemiczna - obliczenia stałej szybkości oraz postępu reakcji elementarnych, reakcje równoległe i następcze, zależność
szybkości reakcji od temperatury - równanie Arrheniusa
9. Elektrochemia - przewodnictwo elektrolitów, prawo rozcieńczeń Ostwalda, SEM ogniw, równanie Nernsta, obliczanie zmian funkcji termodynamicznych na podstawie SEM ogniw.
|
W cyklu 2021/22:
Wykład obejmuje następujące treści: |
W cyklu 2022/23:
W ramach przedmiotu chemia fizyczna realizowane jest 75 godz. wykładu, 90 godz. laboratorium i 45 godz. ćwiczeń rachunkowych. 1. Wprowadzenie (zakres przedmiotu, podstawy matematyczne) Elektrochemia 1. Wprowadzenie do elektrochemii. |
W cyklu 2023/24:
W ramach przedmiotu chemia fizyczna realizowane jest 75 godz. wykładu, 90 godz. laboratorium i 45 godz. ćwiczeń rachunkowych. 1. Wprowadzenie (zakres przedmiotu, podstawy matematyczne) Elektrochemia 1. Wprowadzenie do elektrochemii. |
Całkowity nakład pracy studenta
Efekty uczenia się - wiedza
Efekty uczenia się - umiejętności
Efekty uczenia się - kompetencje społeczne
Metody dydaktyczne
Metody dydaktyczne podające
Metody dydaktyczne poszukujące
- seminaryjna
- okrągłego stołu
Rodzaj przedmiotu
Wymagania wstępne
Koordynatorzy przedmiotu
Kryteria oceniania
Wykład: egzamin pisemny – W1-W6, U1, U3, U4, U6, K2-K4
Ćwiczenia: kolokwia, zadania do samodzielnego wykonania – W1-W4, W6, U1-U4, U6, K2-K5
Laboratorium – W1-W7, U1-U5, U7, K1-K5
Blok chemia fizyczna składa się z trzech składowych: wykład 75 godz., laboratorium 90 godz., ćwiczenia rachunkowe 45 godz.
Wykład - warunkiem zaliczenia egzaminu jest:
1) zaliczenie wszystkich składowych bloku;
2) uzyskanie min 50 % punktów z 10 losowo wybranych pytań ze zbioru ok. 200 pytań stanowiących minimum wymagań przedmiotu chemia fizyczna.
Laboratorium:
Student zobowiązany jest do wykonania 16 ćwiczeń, a uzyskane wyniki muszą być opracowane w formie pisemnego raportu, oraz zdania
czterech kolokwiów obejmujących zakres wiedzy zawartych w wykonywanych ćwiczeniach. Sprawozdania oceniane są w skali punktowej 0 - 10 w następującym podziale:
0 - 4 pkt. - przygotowanie do ćwiczenia, wstęp teoretyczny, technika pracy w laboratorium, znajomość instrukcji wykonania ćwiczenia itp.
0 - 1 pkt. - jakość otrzymanych wyników,
0 - 5 pkt. - opis wykonania ćwiczenia, obliczenia, wykresy, dyskusja wyników i wnioski itp.
Uzyskane punkty z ćwiczeń stanowią 80 % wszystkich punktów możliwych do zdobycia, pozostałe 20% to punkty otrzymane z kolokwiów.
Ćwiczenia rachunkowe:
Warunkiem zaliczenia ćwiczeń jest zdanie dwóch kolokwiów przy czym uzyskane punkty stanowią 75 % oceny końcowej; pozostałe punkty można uzyskać:
do 15 % - samodzielne wyliczenie 45 zadań i dostarczenie w formie pisemnej,
do 10 % - ocena aktywności studenta na zajęciach.
Praktyki zawodowe
brak
Literatura
1. P.W. Atkins, Chemia Fizyczna, PWN, Warszawa, 2001,
2. K. Pigoń, Z Ruziewicz, Chemia fizyczna, 1.Podstawy fenomenologiczne, PWN, Warszawa, 2005,
3. A.G. Whittaker, A.R. Mount, M.R. Heal, Krótkie wykłady, Chemia fizyczna, PWN, Warszawa, 2003,
4. P.W. Atkins, Podstawy chemii fizycznej, PWN, Warszawa, 1999,
5. Praca zbiorowa pod red. A. Bielańskiego i in., Chemia Fizyczna, PWN, Warszawa 1980,
6. F. Pruchnik, Kataliza homogeniczna, PWN, Warszawa, 1993.
7. Seria: Wykłady z chemii fizycznej, WNT, Warszawa:
H. Buchowski, W. Ufnalski, Fizykochemia gazĂłw i cieczy, 1998;
H. Buchowski, W. Ufnalski, Roztwory, 1995;
W. Ufnalski, Równowagi chemiczne, 1995;
H. Buchowski, W. Ufnalski, Podstawy termodynamiki, 1994,1998;
A. Molski, Wprowadzenie do kinetyki chemicznej, 2001,
A. Kisza, Elektrochemia I, Jonika, 2000,
A. Kisza, Elektrochemia II, Elektrodyka, 2001,
8. T. Engel, P. Reid, Physical Chemistry, Pearson, 3rd ed., 2013.
9. D.W. Ball, Physical Chemistry, Wadsworth, CENGAGE Learning, 2nd ed., 2015.
10. L. Sobczyk, A. Kisza, K. Gatner, A. Koll, Eksperymentalna chemia fizyczna, PWN, Warszawa 1982,
11. J. Demichowicz-Pigoniowa, Obliczenia fizykochemiczne, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 1997,
12. W. Ufnalski, Obliczenia fizykochemiczne, OWPW, Warszawa 1995,
13. A. Kisza, P. Freundlich, Ćwiczenia rachunkowe z chemii fizycznej, Wyd. Uniwersytetu Wrocławskiego, Wrocław, 2004.
|
W cyklu 2021/22:
1. P.W. Atkins, Chemia Fizyczna, PWN, Warszawa, 2001, |
W cyklu 2022/23:
1. P.W. Atkins, Chemia Fizyczna, PWN, Warszawa, 2001, |
W cyklu 2023/24:
1. P.W. Atkins, Chemia Fizyczna, PWN, Warszawa, 2001, |
Więcej informacji
Dodatkowe informacje (np. o kalendarzu rejestracji, prowadzących zajęcia, lokalizacji i terminach zajęć) mogą być dostępne w serwisie USOSweb: