Osnove fizikalne kemije

Kod

Nositelj/i predmeta

Suradnici

Status predmeta

Ciljevi predmeta

Ciljevi predmeta su osposobljavanje studenata za:
- razumijevanje osnovnih pojmova, zakona i principa termodinamičkog i kinetičkog pristupa fizikalnim i kemijskim promjenama,
- rješavanje različitih fizikalno-kemijskih problema,
- izvođenje mjerenja u fizikalno-kemijskom laboratoriju samostalno ili u okviru timskog rada, prikazivanje i obrađivanje rezultata mjerenja,
- primjenu usvojenih znanja i vještina u stručnim i specijalističkim predmetima.

Uvjeti za upis predmeta i ulazne kompetencije potrebne za predmet

Uvjet za upis predmeta je Opća kemija.
Ulazne kompetencije potrebne za ovaj predmet su poznavanje matematike (račun) i osnova f

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

Nakon uspješno položenog predmeta studenti će moći:
- opisati osnovne pojmove, zakone i principe termodinamičkog i kinetičkog pristupa fizikalnim i kemijskim promjenama,
- protumačiti različite fizikalno-kemijske ovisnosti proučavanih sustava,
- izračunati fizikalno-kemijske parametre primjenom termodinamičkih i kinetičkih jednadžbi,
- provoditi eksperimente i mjerenja u laboratoriju,
- interpretirati eksperimentalne i računske podatke.

Sadržaj predmeta detaljno razrađen prema satnici nastave

1. tjedan: Uvod: Sadržaj predmeta. Osnovni pojmovi. Sustav i okolina. Intezivne i ekstenzivne termodinamičke varijable. Doseg reakcije. Nulti zakon termodinamike.
1. i 2. tjedan: Svojstva plinova: Jednadžba stanja idealnog plina. Temperaturna skala idealnog plina. Smjese idealnih plinova i Daltonov zakon. Kinetički model plinova. Realni plinovi i faktor stišljivosti. Van der Waalsova jednadžba stanja.
2., 3. i 4. tjedan: Prvi zakon termodinamike: Rad i toplina. Unutrašnja energija. Entalpija. Toplinski kapaciteti. Joule-Thomsonova ekspanzija. Adijabatski procesi s plinovima. Termokemija. Entalpije nastajanja. Kalorimetrija.
4., 5. i 6. tjedan: Drugi i treći zakon termodinamike: Smjer spontanih promjena. Entropija kao funkcija stanja i drugi zakon. Entropijska promjena u sustavu i okolini. Entropija ireverzibilne promjene. Entropija faznog prijelaza. Entropija miješanja idealnih plinova. Kalorimetrijsko određivanje entropija i treći zakon. Gibbsova energija. Svojstva Gibbsove energije.
6. i 7. tjedan: Fazna ravnoteža: Uvjet stabilnosti. Utjecaj tlaka na Gibbsovu energiju. Utjecaj temperature na Gibbsovu energiju. Fazni dijagram čiste tvari i fazne granice. Značaj kemijskog potencijala. Fugacitet.
8. i 9. tjedan: Svojstva jednostavnih smjesa: Parcijalna molarna svojstva. Gibbs-Duhemova jednadžba. Kemijski potencijal tvari u smjesi. Spontano miješanje. Idealne otopine. Idealne-razrijeđene otopine. Realne otopine: aktiviteti. Koligativna svojstva. Fazni dijagrami smjesa.
10. i 11. tjedan: Kemijska ravnoteža: Homogene i heterogene reakcije. Reakcijska Gibbsova energija. Sastav reakcije u ravnoteži. Konstanta ravnoteže i njeno određivanje. Standardna reakcijska Gibbsova energije. Utjecaj temperature na konstantu ravnoteže. Odgovor ravnoteže na promjenu tlaka, dodatak reaktanta ili produkta i dodatak inertnog plina.
11. i 12. tjedan: Ionske ravnoteže: Aktiviteti elektrolita. Debye-Hückelova teorija. Ravnoteža prijenosa protona. Soli u vodi. Ravnoteža topljivosti.
12. i 13. tjedan: Elektrokemija: Ioni u gibanju, Vodljivost elektrolitnih otopina. Ionske pokretljivosti i provodnost. Prijenosni brojevi. Elektrokemijski članci. Tipovi članaka. Reakcija i elektromotivnost članka. Članci u ravnoteži. Standardni elektrodni potencijali. Određivanje pH, Difuzijski potencijal.
13. i 14. tjedan: Kemijska kinetika: Empirijska kemijska kinetika. Zakoni brzine i koeficijenti brzine. Red reakcije. Vrijeme polureakcije. Utjecaj temperature na brzinu reakcije. Jednostavan reverzibilan proces. Paralelne i sljedbene kemijske reakcije.
15. tjedan: Svojstva površina: Svojstva tekućih površina. Koloidni sustavi. Adsorpcija na krutim površinama. Adsorpcijske izoterme. Katalitička aktivnost površina.
Seminari: Rješavanje 30 numeričkih zadataka iz obrađenog gradiva.
Laboratorijske vježbe:
Neke od principa izloženih kroz predavanja i seminar student potvrđuje u praksi izradom 6 vježbi: Koligativna svojstva. Viskoznost. Homogena kemijska ravnoteža. Fazni dijagram za trokomponentni sustav. Konduktometrija i konduktometrijska titracija. Određivanje koeficijenta brzine inverzije saharoze polarimetrijski.

Vrste izvođenja nastave:

Obveze studenata

Nazočnost i aktivnost na predavanjima i seminarima u iznosu od najmanje 70% predviđene satnice.
Obavljanje svih propisanih laboratorijskih vježbi.
Ispit se može polagati kontinuirano putem kolokvija u kojima su kombinirani teorijski i praktični zadaci, ili cjelovito (pismeni i usmeni ispit).