Chemia fizyczna

chemia

obowiązkowe

Wykład ma na celu zapoznanie studenta z podstawowymi pojęciami z których korzystają inne działy chemii takie jak chemia nieorganiczna, chemia organiczna, technologia, biochemia, zapoznanie z prawami rządzącymi procesami fizykochemicznymi oraz wyjaśnieniem podstaw, na których bazują nowoczesne fizykochemiczne metody badawcze.

w sali
zdalnie

Treści wykładu dotyczą podstawowej wiedzy fizykochemicznej, niezbędnej do zrozumienia i matematycznego opisu procesów fizykochemicznych oraz interpretacji fenomenologicznej i molekularnej tych procesów.

Przedmiot realizowany jest w formie:wykładu (30 godz-jeden semestr)

Zakres tematyczny:

Termodynamika:

Pojęcie układu i jego otoczenia. Stany skupienia materii. Gazy doskonałe i rzeczywiste, równanie stanu gazu doskonałego. Parametry stanu układu: temperatura, ciśnienie, objętość, liczność. Przypomnienie podstawowych pojęć mechaniki klasycznej: wektor wodzący, prędkość, przyspieszenie, pęd, praca, energia kinetyczna, zasady dynamiki Newtona, zasada zachowania energii i pędu, zderzenia sprężyste. Energia wewnętrzna, entropia, ciepło, praca. Zasady termodynamiki (zerowa, pierwsza, druga, trzecia). Pojęcie różniczki zupełnej. Transformacja Legendre’a funkcji jednej i wielu zmiennych. Funkcje termodynamiczne: entalpia, energia swobodna, entalpia swobodna. Ciepło procesu w stałej objętości i pod stałym ciśnieniem. Pojemność cieplna w stałej objętości i pod stałym ciśnieniem. Produkcja entropii i kryteria samorzutności w warunkach układu izolowanego, stałej objętości i stałego ciśnienia. Obliczanie zmian funkcji termodynamicznych, w tym dla gazu doskonałego. Potencjał chemiczny, jednorodność funkcji termodynamicznych (twierdzenie Eulera), warunek równowagi termodynamicznej (prawo działania mas).

Kinetyka chemiczna:

Szybkość reakcji chemicznej, równanie kinetyczne: stała szybkości reakcji, rząd reakcji, cząsteczkowość reakcji. Równania kinetyczne reakcji I i II rzędu (odpowiednie wykresy – wyznaczanie stałej szybkości reakcji). Reakcie złożone (równoległe, następcze, równowagowe, następcze z równowagą wstępną). Przybliżenie stanu stacjonarnego. Wyznaczanie rzędu reakcji. Stała szybkości reakcji, wpływ T (równanie Arrheniusa). Teoria zderzeń aktywnych, teoria kompleksu aktywnego. Kataliza enzymatyczna.

Elektrochemia

Roztwory idealne i rzeczywiste, aktywność jonów i aktywność elektrolitu. Założenia teorii Debye`a-Hückela. Prawo Ohma. Przewodnictwo właściwe i molowe roztworów elektrolitów. Pojęcie ruchliwości jonów. Zależność przewodnictwa właściwego mocnych elektrolitów od stężenia elektrolitu, ładunku, ruchliwości jonów oraz od parametrów fizykochemicznych rozpuszczalnika. Efekt relaksacyjny i elektroforetyczny. Solwatacja (teoria Borna).

Równanie Nernsta, potencjał standardowy. Elektrody I i II rodzaju, elektrody gazowe: schematy, reakcje - zapis reakcji elektrodowych zgodnie z konwencją. Standardowa elektroda wodorowa. Ogniwa – schemat ogniwa i zasady zapisu. Podział i przykłady ogniw: ogniwa galwaniczne. Siła elektromotoryczna ogniwa galwanicznego. Związek SEM z funkcjami termodynamicznymi reakcji zachodzącej w ogniwie. Zastosowanie pomiarów SEM do wyznaczania parametrów termodynamicznych reakcji. Procesy elektrodowe kontrolowane kinetycznie i dyfuzyjnie (równanie Butlera-Volmera, równanie Tafela).

1. Atkins, P.W., i wsp., Chemia fizyczna. 2016: Wydawnictwo Naukowe PWN SA.

2. Pigoń, K., Ruziewicz, Z., Chemia fizyczna: Podstawy fenomenologiczne. 1. 2007: Wydawnictwo Naukowe PWN.

3. Hołyst, R., A. Poniewierski, A. Ciach, Termodynamika dla chemików, fizyków i inżynierów. 2005: Wydawnictwo Uniwersytetu Kardynała Stefana Wyszyńskiego.

4. Jackowska, K., Repetytorium – Elektrochemia, 2017: Wydział Chemii UW, Zakład Dydaktyczny Chemii Fizycznej.

Po zakończeniu wykładu student:

- umiejętnie posługuje się podstawowymi pojęciami z zakresu termodynamiki chemicznej, termochemii, statyki i kinetyki chemicznej, elektrochemii, zjawisk powierzchniowych,

- umie wyjaśnić podstawy wielu zjawisk i procesów zachodzących w przyrodzie, zna związki przyczynowo skutkowe

- wie jak zastosować odpowiednie wzory do jakościowego i ilościowego opisu wielu zjawisk fizykochemicznych,

- umie przewidzieć kierunek zachodzących procesów po zmianie parametrów fizykochemicznych takich jak temperatura, ciśnienie, potencjał, stężenie

- wie jakie metody doświadczalne może zastosować do badania reakcji i procesów fizykochemicznych

- umie z danych doświadczalnych wyznaczyć wielkości fizykochemiczne i parametry przebiegających reakcji

Uczęszczanie na zajęcia jest obowiązkowe. Dopuszczalne są 2 nieusprawiedliwione nieobecności (w przypadku większej liczby nieobecności konieczne jest zwolnienie lekarskie).

Wykład podzielony jest na dwa bloki, które kończą się pisemnymi kolokwiami cząstkowymi. Kolokwia cząstkowe oceniane są następująco: I - 20 pkt, II – 20 pkt, a więc w sumie student/ka może uzyskać 40 pkt. Student/ka który/a uzyskał/a co najmniej 35 punktów z kolokwiów cząstkowych zostaje zwolniony/a z egzaminu z oceną bardzo dobrą (może jednak pisać egzamin, aby uzyskać ocenę 5!). Pozostałe osoby przystępują do egzaminu z całości materiału, przy czym maksymalna liczba punktów, które można uzyskać za egzamin wynosi 60. Punktacja za całe zajęcia jest sumą punktów za kolokwia cząstkowe oraz egzamin – maksymalnie można uzyskać 40+60=100 pkt.

Punkty przeliczane są na ocenę w następujący sposób:

0 – 50,00 – ndst

50,01 –60.00 – dst

60,01 –70.00 – dst+

70,01 –80.00 – db

80,01 –90.00 – db+

90,01 –98.00 – bdb

98,01 –100.00 – bdb!

W przypadku niezaliczenia zajęć, student zdaje pisemny egzamin poprawkowy z całości materiału (w sesji poprawkowej). Maksymalna liczba punktów z egzaminu poprawkowego wynosi 100. Punkty przeliczane są na ocenę w sposób analogiczny jak powyżej.

nie dotyczy