Fyzikální chemie 2

Garant předmětu:

Václav Čuba

Přednášející:

Barbora Drtinová

Cvičící:

Marta Burešová, Barbora Drtinová, Jakub Sochor

Předmět zajišťuje:

katedra jaderné chemie

Anotace:

Předmět Fyzikální chemie 2 se zaměřuje na problematiku termodynamiky roztoků, zejména elektrolytů. Teorie roztoků je v závěru rozšířena o základy koloidní chemie.

Požadavky:

Přednáška navazuje na kurz obecné chemie a termodynamiky. Cvičení je zaměřeno na osvojení dovedností při řešení praktických problémů fyzikálně chemických systémů.

Osnova přednášek:

1. Parciální molární stavové funkce, Gibbs-Duhemova rovnice, aktivitní koeficienty, koligativní jevy, difúze v roztocích.

2. Elektrochemické děje, historické mezníky, Faradayovy zákony, coulometrie, solvatace iontů, iontové páry, převodová čísla, Hittorfova metoda, metoda pohyblivého rozhraní, vliv solvatace a komplexace na převodová čísla kationtů.

3. Měření vodivosti, molární a ekvivalentová vodivost, Kohlrauschův zákon nezávislé migrace iontů, klasická teorie elektrolytické disociace, Ostwaldův zřeďovací zákon, vodivost a pohyblivost iontů, aplikace vodivostních měření.

4. Teorie roztoků silných elektrolytů, iontová atmosféra, mezný zákon elektrolytické vodivosti, viskózní, elektroforetický a relaxační efekt, Debye - Hückel - Onsagerova rovnice, Wienerův efekt, Debye -Falkenhagenův efekt.

5. Aktivita a aktivitní koeficienty, střední chemický potenciál, střední aktivitní koeficienty, experimentální stanovení aktivitních koeficientů, iontová síla, Lewisův vztah, teorie meziiontového působení a aktivitní koeficienty iontů.

6. Elektromotorické napětí, měření EMN, závislost EMN na stavových proměnných, Nernstova rovnice, potenciály elektrod, standardní elektrodové potenciály, typy elektrod a galvanických článků, aplikace potenciometrických měření.

7. Potenciály na kapalinovém rozhraní: fázový, elektrochemický, difúzní a Donnanův potenciál, Hendersonovy formule, iontoměničové membrány, iontově selektivní elektrody.

8. Kinetika elektrodových dějů: kinetická teorie elektrodového potenciálu, elektrodové reakce, koncentrační a chemická polarizace, přepětí, rozkladné napětí, závislost proudové hustoty na přepětí, Tafelova rovnice, měření polarizační křivky.

9. Základy polarografie, Ilkovičova rovnice a rovnice polarografické vlny, půlvlnový potenciál.

10. Klasifikace a popis koloidních a hrubě dispersních systémů, jejich kinetické a optické vlastnosti.

11. Vlastnosti fázových rozhraní a jevy na nich: povrchové napětí, smáčení, zakřivené povrchy a fugacita, lyosféra, elektrická dvojvrstva a elektrokinetické jevy.

12. Druhy koloidních a hrubých disperzí: příprava, vlastnosti, stabilita.

Osnova cvičení:

1. Výpočet aktivity roztoků elekrolytů, aktivitní koeficienty.

2. Výpočet produktu rozpustnosti.

3. Slabé a silné elektrolyty, výpočet pH kyselin, zásad a solí.

4. pH amfolytů a pufrů

5. Acidobazické rovnováhy, koncentrace jednotlivých forem.

6. Komplexní rovnováhy, distribuční koeficienty.

7. Faradayovy zákony, vodivost elektrolytů, solvatace iontů.

8. Převodová čísla, pohyblivost iontů, stanovení převodových čísel.

9.-10. Vztah iontové síly a molární vodivosti.

11. Galvanické články, elektromotorické napětí, Nernstova rovnice.

12. Kinetika elektrodových dějů, polarografie.

Cíle studia:

Znalosti:

Studenti se seznámí s teorií roztoků a elektrochemií. Získají rovněž základní poznatky o fyzikální chemii koloidních systémů.

Schopnosti:

Studenti si osvojí dovednosti pro řešení praktických problémů fyzikálně chemických systémů, které uplatní v předmětech týkajících se oblasti jaderné chemie.

Studijní materiály:

Povinná literatura:

[1] Brdička R., Dvořák J.: Základy fysikální chemie, Academia, Praha, 1977.

[2] Hála E., Reiser A.: Fysikální chemie, Academia, Praha, 1971.

[3] Martovská L., Šišková M.: Fyzikální chemie povrchů a koloidních soustav, skripta VŠCHT Praha, 1999.

[4] Silber, R.: Výpočty pro jaderné chemiky, Cemická termodynamika a reakční kinetika, 1. vydání, Vydavatelství ČVUT, Praha, 2003.

[5] Mizera J., Lebeda O., Gosman A.: Výpočty pro jaderné chemiky, Jaderná chemie, Elektrochemie, 1.vydání, Vydavatelství ČVUT, Praha, 2001.

Doporučená literatura:

[1] Koryta J., Dvořák J.: Elektrochemie, Academia, Praha, 1983.

[2] Koryta J., Dvořák J., Kavan L.: Principles of Electrochemistry, 2nd edition,

Wiley, Chichester, 1993.

[3] Hamman C.H., Hamnett A., Viestich W.: Electrochemistry, Wiley, Weiheim, 1998.

[4] Pouchlý J.: Fyzikální chemie makromolekulárních a koloidních soustav, Vydavatelství VŠCHT, Praha, 2008.

[5] Bareš J., Černý Č., Fried V., Pick J.: Příklady a úlohy z fyzikální chemie, 3. vydání, SNTL-ALFA, Praha, 1971.

Poznámka:

Rozvrh na zimní semestr 2024/2025:

Rozvrh není připraven

Rozvrh na letní semestr 2024/2025:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Jaderná chemie (povinný předmět programu)
• Vyřazování jaderných zařízení z provozu (volitelný předmět)