Přednášky:
1. Úvod do předmětu. Plynný skupenský stav. Ideální plyn, základní zákony. Chování reálných plynů, kompresibilitní faktor, viriální koeficienty, kritický stav plynu, van der Waalsova rovnice. Tepelné kapacity látek, výpočet, změny s teplotou a v průběhu chemické reakce.
2. Chemická termodynamika. Základní pojmy. I. věta termodynamická, formulace a význam. Práce ideálního plynu. Teplo za stálého tlaku a objemu, termodynamická stavová funkce entalpie. Termodynamická definice molových tepel. Výpočet ohřevu a ochlazování látek. Reakční tepla. Termochemické zákony, výpočet reakčních tepel.
3. Závislost reakčního tepla na teplotě, Kirchhoffovy zákony a jejich použití. Teoretické reakční teplota. II. věta termodynamická – formulace a význam. Tepelný stroj, Carnotův cyklus. Termodynamická stavová funkce entropie. Entropie z hlediska statistické termodynamiky.
4. Výpočet změn entropie za různých podmínek. Absolutní entropie. Nernstův tepelný teorém. Termodynamické potenciály – Helmholtzova a Gibbsova energie. Rozhodování o průběhu a rovnováze dějů. Afinita.
5. Vztahy mezi termodynamickými stavovými funkcemi, Maxwellovy rovnice. Gibbs–Helmholtzovy rovnice a jejich použití. Parciální molární veličiny – definice, vlastnosti. Gibbs–Duhemova rovnice. Chemický potenciál a jeho význam.
6. Chemické rovnováhy. Rovnice reakční izotermy. Vyjadřování rovnovážných konstant pro homogenní a heterogenní chemické reakce. Výpočet rovnovážného složení, stupeň přeměny. Vliv teploty na rovnováhu chemické reakce, rovnice reakční izobary a izochory. Vliv tlaku na rovnováhu chemické reakce. Princip Le Chaterier–Braunův.
7. Termodynamika a mechanismus základních technologických reakcí: Termická disociace sloučenin, disociační teplota a napětí. Nepřímá redukce kovů. Přímá redukce kovů, Boudouardova reakce. Topochemické reakce.
8. Fázové rovnováhy. Gibbsův zákon fází, fáze, skupenství, složka, stupeň volnosti. Jednosložková soustava, fázový diagram, trojný bod. Rovnováha jednosložkové dvoufázové soustavy, Clapeyronova a Clausius Clapeyronova rovnice. Rovnováha dvousložkové soustavy.
9. Roztoky. Klasifikace roztoků. Roztoky neelektrolytů, roztoky ideální a reálné. Empirické zákony popisující roztoky – Raoultův zákon a Henryho zákon. Reálné roztoky, volba standardního stavu pro složky roztoku, odchylky vzhledem k Raoultovu a Henryho zákonu, různé pojetí aktivit, aktivitní koeficient. Aktivity a aktivitní koeficienty ve vícesložkových soustavách.
10. Termodynamické funkce roztoků. Parciální molární veličiny. Diferenciální a integrální veličiny. Směšovací a dodatkové veličiny. Termodynamické funkce a modely roztoků – model ideálního, reálného, regulárního, atermálního roztoku. Gibbs-Duhemova rovnice a její aplikace. Rozpustnost plynů v kovech.
11. Koligativní vlastnosti roztoků – snížení tlaku par nad roztokem netěkavé látky, ebulioskopický efekt, kryoskopický efekt, osmotický tlak. Fázové diagramy binárních kapalných směsí při různé mísitelnosti složek. Princip destilace, rektifikace. Rozdělovací rovnováhy, Nernstův rozdělovací zákon, extrakce.
12. Termodynamické podmínky pro vznik zárodků nové fáze, homogenní a heterogenní nukleace. Krystalizace z tavenin, hybná síla krystalizace.
Teoretické cvičení
1. Úvod – seznámení s časovým harmonogramem cvičení, podmínkami pro získání zápočtu a doporučenou literaturou. Zákony pro ideální plyn a ideální plynné směsi, stavové rovnice pro reálný plyn.
2. Definice tepelné kapacity, její závislost na způsobu převodu tepla (izobarická a izochorická tepelná kapacita), na velikosti soustavy (molární a specifická tepelná kapacita) a na teplotě. Změna tepelné kapacity při chemické reakci.
3. Ohřev a ochlazování látek za izobarických podmínek se zohledněním izotermické fázové přeměny. Reakční teplo, termochemické zákony, standardní reakční entalpie, slučovací entalpie, spalná entalpie a jejich vzájemné souvislosti.
4. Reakční entalpie podle Hessova zákona. Závislost standardní reakční entalpie na teplotě, reakční entalpie pro chemickou reakci s izotermickou fázovou přeměnou látek a bez této přeměny.
5. Změna entropie při ohřevu a ochlazování látek, standardní reakční entropie a její závislost na teplotě. Standardní reakční Gibbsova energie a její závislost na teplotě.
6. Samostatná výpočtová práce I.
7. Chemické rovnováhy – různé formy rovnovážných konstant pro reakce homogenní a heterogenní, rovnovážný stupeň přeměny a jeho aplikace při výpočtu rovnovážného složení a výpočtu rovnovážné konstanty.
8. Chemické rovnováhy – reakční izoterma. Reakční izobara – závislost rovnovážné konstanty na teplotě.
9. Fázové rovnováhy v jednosložkové dvoufázové soustavě – Clapeyronova a Clausius-Clapeyronova rovnice. Teplotní závislost molární výparné entalpie. Teplota a tlak v trojném bodě.
10. Koncentrace roztoků a jejich vzájemné přepočty. Raoultův a Henryho zákon, ideální a velmi zředěný roztok. Reálné roztoky neelektrolytů, různé pojetí aktivit vzhledem k různé volbě standardních stavů (aktivita vzhledem k Raoultovu a Henryho zákonu). Koligativní vlastnosti roztoků.
11. Termodynamické podmínky vzniku ideálního, reálného a regulárního roztoku. Sievertsův zákon.
12. Samostatná výpočtová práce II
Laboratorní cvičení
Bezpečnost práce v laboratoři, seznámení s laboratorními úlohami, základní informace o průběhu cvičení a formulace požadavků pro zpracování protokolu.
1. Stanovení teplotní závislosti tlaku nasycených par kapaliny a její molární výparné entalpie.
2. Adsorpce kyseliny šťavelové na aktivním uhlí.
3. Stanovení rozdělovacího koeficientu.
4. Stanovení hustoty vodných roztoků glycerolu v závislosti na koncentraci metodou ponorného tělíska a pyknometricky.
5. Termický rozklad uhličitanů.
6. Fázový diagram třísložkové soustavy.
7. Stanovení parciálních molárních objemů v tuhých binárních slitinách kovů
8. Rozpustnost látek
Hodnocení obsahové a formální úrovně protokolů, zápočet.
1. Úvod do předmětu. Plynný skupenský stav. Ideální plyn, základní zákony. Chování reálných plynů, kompresibilitní faktor, viriální koeficienty, kritický stav plynu, van der Waalsova rovnice. Tepelné kapacity látek, výpočet, změny s teplotou a v průběhu chemické reakce.
2. Chemická termodynamika. Základní pojmy. I. věta termodynamická, formulace a význam. Práce ideálního plynu. Teplo za stálého tlaku a objemu, termodynamická stavová funkce entalpie. Termodynamická definice molových tepel. Výpočet ohřevu a ochlazování látek. Reakční tepla. Termochemické zákony, výpočet reakčních tepel.
3. Závislost reakčního tepla na teplotě, Kirchhoffovy zákony a jejich použití. Teoretické reakční teplota. II. věta termodynamická – formulace a význam. Tepelný stroj, Carnotův cyklus. Termodynamická stavová funkce entropie. Entropie z hlediska statistické termodynamiky.
4. Výpočet změn entropie za různých podmínek. Absolutní entropie. Nernstův tepelný teorém. Termodynamické potenciály – Helmholtzova a Gibbsova energie. Rozhodování o průběhu a rovnováze dějů. Afinita.
5. Vztahy mezi termodynamickými stavovými funkcemi, Maxwellovy rovnice. Gibbs–Helmholtzovy rovnice a jejich použití. Parciální molární veličiny – definice, vlastnosti. Gibbs–Duhemova rovnice. Chemický potenciál a jeho význam.
6. Chemické rovnováhy. Rovnice reakční izotermy. Vyjadřování rovnovážných konstant pro homogenní a heterogenní chemické reakce. Výpočet rovnovážného složení, stupeň přeměny. Vliv teploty na rovnováhu chemické reakce, rovnice reakční izobary a izochory. Vliv tlaku na rovnováhu chemické reakce. Princip Le Chaterier–Braunův.
7. Termodynamika a mechanismus základních technologických reakcí: Termická disociace sloučenin, disociační teplota a napětí. Nepřímá redukce kovů. Přímá redukce kovů, Boudouardova reakce. Topochemické reakce.
8. Fázové rovnováhy. Gibbsův zákon fází, fáze, skupenství, složka, stupeň volnosti. Jednosložková soustava, fázový diagram, trojný bod. Rovnováha jednosložkové dvoufázové soustavy, Clapeyronova a Clausius Clapeyronova rovnice. Rovnováha dvousložkové soustavy.
9. Roztoky. Klasifikace roztoků. Roztoky neelektrolytů, roztoky ideální a reálné. Empirické zákony popisující roztoky – Raoultův zákon a Henryho zákon. Reálné roztoky, volba standardního stavu pro složky roztoku, odchylky vzhledem k Raoultovu a Henryho zákonu, různé pojetí aktivit, aktivitní koeficient. Aktivity a aktivitní koeficienty ve vícesložkových soustavách.
10. Termodynamické funkce roztoků. Parciální molární veličiny. Diferenciální a integrální veličiny. Směšovací a dodatkové veličiny. Termodynamické funkce a modely roztoků – model ideálního, reálného, regulárního, atermálního roztoku. Gibbs-Duhemova rovnice a její aplikace. Rozpustnost plynů v kovech.
11. Koligativní vlastnosti roztoků – snížení tlaku par nad roztokem netěkavé látky, ebulioskopický efekt, kryoskopický efekt, osmotický tlak. Fázové diagramy binárních kapalných směsí při různé mísitelnosti složek. Princip destilace, rektifikace. Rozdělovací rovnováhy, Nernstův rozdělovací zákon, extrakce.
12. Termodynamické podmínky pro vznik zárodků nové fáze, homogenní a heterogenní nukleace. Krystalizace z tavenin, hybná síla krystalizace.
Teoretické cvičení
1. Úvod – seznámení s časovým harmonogramem cvičení, podmínkami pro získání zápočtu a doporučenou literaturou. Zákony pro ideální plyn a ideální plynné směsi, stavové rovnice pro reálný plyn.
2. Definice tepelné kapacity, její závislost na způsobu převodu tepla (izobarická a izochorická tepelná kapacita), na velikosti soustavy (molární a specifická tepelná kapacita) a na teplotě. Změna tepelné kapacity při chemické reakci.
3. Ohřev a ochlazování látek za izobarických podmínek se zohledněním izotermické fázové přeměny. Reakční teplo, termochemické zákony, standardní reakční entalpie, slučovací entalpie, spalná entalpie a jejich vzájemné souvislosti.
4. Reakční entalpie podle Hessova zákona. Závislost standardní reakční entalpie na teplotě, reakční entalpie pro chemickou reakci s izotermickou fázovou přeměnou látek a bez této přeměny.
5. Změna entropie při ohřevu a ochlazování látek, standardní reakční entropie a její závislost na teplotě. Standardní reakční Gibbsova energie a její závislost na teplotě.
6. Samostatná výpočtová práce I.
7. Chemické rovnováhy – různé formy rovnovážných konstant pro reakce homogenní a heterogenní, rovnovážný stupeň přeměny a jeho aplikace při výpočtu rovnovážného složení a výpočtu rovnovážné konstanty.
8. Chemické rovnováhy – reakční izoterma. Reakční izobara – závislost rovnovážné konstanty na teplotě.
9. Fázové rovnováhy v jednosložkové dvoufázové soustavě – Clapeyronova a Clausius-Clapeyronova rovnice. Teplotní závislost molární výparné entalpie. Teplota a tlak v trojném bodě.
10. Koncentrace roztoků a jejich vzájemné přepočty. Raoultův a Henryho zákon, ideální a velmi zředěný roztok. Reálné roztoky neelektrolytů, různé pojetí aktivit vzhledem k různé volbě standardních stavů (aktivita vzhledem k Raoultovu a Henryho zákonu). Koligativní vlastnosti roztoků.
11. Termodynamické podmínky vzniku ideálního, reálného a regulárního roztoku. Sievertsův zákon.
12. Samostatná výpočtová práce II
Laboratorní cvičení
Bezpečnost práce v laboratoři, seznámení s laboratorními úlohami, základní informace o průběhu cvičení a formulace požadavků pro zpracování protokolu.
1. Stanovení teplotní závislosti tlaku nasycených par kapaliny a její molární výparné entalpie.
2. Adsorpce kyseliny šťavelové na aktivním uhlí.
3. Stanovení rozdělovacího koeficientu.
4. Stanovení hustoty vodných roztoků glycerolu v závislosti na koncentraci metodou ponorného tělíska a pyknometricky.
5. Termický rozklad uhličitanů.
6. Fázový diagram třísložkové soustavy.
7. Stanovení parciálních molárních objemů v tuhých binárních slitinách kovů
8. Rozpustnost látek
Hodnocení obsahové a formální úrovně protokolů, zápočet.