Fizikalna kemija I

Kod

Nositelj/i predmeta

Suradnici

Status predmeta

Ciljevi predmeta

Student dobiva saznanja o principima termodinamičkog i kinetičkog pristupa fizikalnim i kemijskim promjenama.

Uvjeti za upis predmeta i ulazne kompetencije potrebne za predmet

Očekivani ishodi učenja na razini predmeta (4-10 ishoda učenja)

Nakon uspješno položenog predmeta studenti će znati osnovne principe fizikalne kemije koji uključuju: 1) opisivanje fizikalnih svojstava i strukture tvari, 2) termodinamiku miješanja, 3) kemijsku ravnotežu, 4) brzinu kemijskih reakcija, 5) molekule i ione u gibanju, 6) električna i magnetska svojstva molekula

Sadržaj predmeta detaljno razrađen prema satnici nastave

1. tjedan: Uvod. Svojstva plinova. Idealni plin. Stanje plina (tlak, temperatura). Nulti zakon termodinamike. Plinski zakoni. Kombinirani plinski zakon. Realni plinovi. Faktor kompresije (stišljivosti). Van der Waalsova jednadžba stanja. Prvi zakon termodinamike. Osnovni pojmovi. Rad, toplina i energija. Formulacija Prvog zakona.
2. tjedan: Rad pri ekspanziji. Toplina i entalpija. Promjene unutrašnje energije. Joulov eksperiment. Toplinski kapacitet. Entalpija. Mjerenje entalpijskih promjena. Promjene entalpije s varijablama. Odnos između toplinskih kapaciteta. Termokemija. Standardne entalpijske promjene. Entalpije nastajanja. Ovisnost reakcijske topline o temperaturi.
3. tjedan: Reverzibilna adijabatska ekspanzija. Adijabate idealnog plina. Drugi zakon termodinamike. Rasap energije. Entropija (definicija za okolinu i sustav). Entropijska promjena pri širenju plina.
4. tjedan: Entropija kao funkcija stanja. Entropija ireverzibilne promjene. Entropijska promjena posebnih procesa. Entropija faznog prijelaza. Promjena entropije s temperaturom. Treći zakon termodinamike. Nernstov toplinski teorem.
5. tjedan: Entropije prema trećem zakonu. Helmholtzova i Gibbsova energija. Maksimalni rad. Spontanost endotermnih reakcija. Maksimalni neekspanzijski rad. Standardne molarne Gibbsove energije. Prvi i Drugi zakon kombinirani.Svojstva unutrašnje energije. Svojstva Gibbsove energije. Ovisnost Gibbsove energije o temperaturi i tlaku.
6. tjedan: Kemijski potencijal (za čistu tvar i tvar u smjesi). Realni plinovi - fugacitet. Standardno stanje realnog plina. Odnos fugaciteta i tlaka. Fizikalne pretvorbe čistih tvari. Fazne granice. Ovisnost fazne stabilnosti o uvjetima. Lociranje faznih granica.
7. tjedan: Prvi parcijalni test. Svojstva smjesa. Parcijalne molarne veličine. Termodinamika miješanja. Kemijski potencijali tekućina (idealne i idealno-razrijeđene otopine).
8. tjedan: Tekuće smjese. Koligativna svojstva (povišenje vrelišta, sniženje ledišta i osmoza). Aktivitet otapala i otopljene tvari. Fazni dijagrami. Faza, sastojak, stupanj slobode. Fazno pravilo. Jednokomponentni sustavi.
9. tjedan: Dvokomponentni sustavi. Tlak pare binarne otopine. Dijagrami temperatura-sastav.Fazni dijagrami tekuće – tekuće. Destilacija djelomično-miješajućih tekućina. Fazni dijagrami kruto – tekuće. Jednostavni eutektički dijagram. Kongruentno taljenje. Inkongruentno taljenje (peritektička reakcija). Trokomponentni sustavi. Kemijska ravnoteža. Minimum Gibbsove energije. Doseg reakcije.
10 tjedan: Reakcijska Gibbsova energija. Egzergone i endergone reakcije. Sastav reakcije u ravnoteži - konstanta ravnoteže. Ravnoteža idealnih plinova. Ravnoteža realnih plinova. Le Chatelierov princip. Odgovor ravnoteže na dodatak produkta ili reaktanta. Odgovor ravnoteže na promjenu tlaka. Utjecaj inertnog plina na ravnotežu. Odgovor ravnoteže na promjenu temperature.
11. tjedan: Drugi parcijalni test. Brzine kemijskih reakcija. Promatranje napredovanja reakcije.Metode ispitivanja brzine. Zakon brzine. Definicija brzine i konstante brzine. Red reakcije. Određivanje zakona brzine. Integrirani zakoni brzine. Reakcije prvog reda. Vrijeme poluživota. Reakcije drugog reda.
12. tjedan: Reakcije koje se približavaju ravnoteži. Temperaturna ovisnost reakcijskih brzina. Elementarne reakcije. Paralelne elementarne reakcije. Sljedbene elementarne reakcije. Stadij koji određuje brzinu. Aproksimacija ustaljenog stanja. Predravnoteža. Reakcije trećeg reda. Unimolekulske reakcije. Molekule i ioni u gibanju. Gibanje molekula u plinovima.
13. tjedan: Viskoznost. Vodljivost elektrolitnih otopina. Jaki elektroliti. Slabi elektroliti. Ustaljena brzina iona. Ionske pokretljivosti. Pokretljivost i provodnost.
14. tjedan: Mjerenje prijenosnih brojeva. Provodnost i međudjelovanja ion-ion. Spektroskopija. Interakcija tvari sa zračenjem. Stalni i inducirani električni dipolni moment. Polarizacija pri visokim frekvencijama. Relativna permitivnost. Indeks loma. Optička aktivnost. Beer-Lambertov zakon.
15. tjedan: Molekulski spektri. Infracrvena (IR) spektrofotometrija. Rotacijski spektri. Vibracijski spektri. Mjerenje IR-spektara. Vidljiva i ultraljubičasta spektrometrija. Franck-Condonov princip. Izborna pravila elektronskog prijelaza. Primjeri elektronskih prijelaza. Mjerenje i primjena spektara VIS i UV.
Seminari
Rješavaju se zadaci iz obrađenog gradiva.

Vrste izvođenja nastave:

Obveze studenata

Studenti su obvezni pohađati nastavu (predavanja i seminare 80%) te aktivno sudjelovati u nastavnom procesu. Navedeno će se evidentirati i vrednovati kod donošenja konačne ocjene.