Stanislav Labík. Ústav fyzikální chemie V CHT Praha budova A, 3. patro u zadního vchodu, místnost

Transkript

1 Stanislav Labík Ústav fyzikální chemie V CHT Praha budova A, 3. patro u zadního vchodu, místnost 325 labik@vscht.cz Výuka Letní semestr N Základy fyzikální chemie Sylabus Základní informace a studijní literatura Pøedná¹ky

2 Fyzikální chemie 1 termodynamika aplikace termodynamiky - fázové a chemické rovnováhy chemická kinetika elektrochemie koloidní chemie chemická fyzika - kvantová chemie, spektroskopie statistická termodynamika, kinetická teorie

3 Termodynamika 2 Základní pojmy: okolí systém (soustava) okolí Systém: Pøíklady: izolovaný { nevymìòuje ani hmotu ani energii uzavøený { nevymìòuje hmotu, vymìòuje energii otevøený { vymìòuje hmotu i energii termoska autokláv prùtoèný reaktor

4 Výmìna energie 3 Výmìna energie: teplo (Q) { na základì teplotního rozdílu práce (W ) { na základì sil Znaménková konvence: Pøíklady: + energie dodaná do systému energie odebraná W < 0 systém koná práci Q > 0 endotermický dìj Q < 0 exotermický dìj Q = 0 adiabatický dìj

5 { plyn { kapalina { pevná Fáze a skupenství 4 skupenství = podle základních mechanických vlastností (g) tekutiny (l) (tuhá) látka (s) (plazma) { } } kondenzované fáze = oblast systému, ve které se vlastnosti spojitì mìní v prostoru

6 Velièiny 5 Velièina = fyzikálnì-chemická velièina = termodynamická velièina = termodynamická funkce = termodynamická promìnná = stavová velièina = stavová funkce = stavová promìnná Teplo a práce nejsou termodynamické velièiny { vztahují se k dìji (procesu) termodynamické velièiny jsou jen funkcí stavu teplo, práce závisí na cestì Velièiny pro homogenní systém: intenzivní { nezávisí na dìlení systému na èásti extenzivní { jsou souètem èástí Mìrné (specické) a molární velièiny: Y = my sp = ny m

7 Stav systému a rovnováha 6 Stav je denován intenzivními promìnnými (teplota, tlak, slo¾ení pomocí molárních zlomkù,... ). Velikost pak napø. vhodnou extenzivní promìnnou (pro více fází promìnnými) (napø. hmotnost). Stav se nemìní = termodynamická rovnováha mechanická (tlaková) tepelná (teplotní) koncentraèní fázová chemická Stacionární proces (ustálený tok) = stav nezávisí na èase, ale není v rovnováze

8 Dìj 7 název dìje druh dìje znaèení izotermický konstantní teplota [T ] izobarický konstantní tlak [p] izochorický konstantní objem [V ] adiabatický systém nevymìòuje s okolím teplo [ad.] Dìj vratný (rovnová¾ný) nevratný (nerovnová¾ný) Dìj kruhový (cyklický): poèáteèní stav = koneèný stav

9 Dal¹í rozdìlení systémù 8 podle poètu slo¾ek: èístá látka - jednoslo¾kový systém smìs - víceslo¾kový systém (binární, ternární,...) podle poètu fází: homogenní heterogenní koloidní

10 Stavová rovnice 9 f(p,t,v,n) = 0 nebo f(p,t,v m ) = 0 nebo p = p(t,v m ) Ideální plyn: mezimolekulární síly lze zanedbat Stavová rovnice ideálního plynu (SRIP) (Clapeyron 1834): nebo pv = nrt pv m = RT physics.nist.gov: R = 8,314472(15) J mol 1 K 1. = 8,314 J mol 1 K 1

11 Dùsledky platnosti SRIP 10 Boyleùv zákon [T ] : p 1 V 1 = p 0 V 0 Gay-Lussacùv zákon Nech» T 0 = 273,15 K. Pak [p] : V 1 /T 1 = V 0 /T 0 V 1 = V 0 T 1 /T 0 = V 0 (t ,15)T 1 /273,15 = V 0 (1 + t 1 /273,15) Avogadrùv zákon V = R T p n = konst.n n = m/m = N/N A kde N A = 6, (10) mol 1

12 Reálný plyn Nelze zanedbat pùsobení molekul. 11

13 Stavové rovnice reálného plynu 12 Mezimolekulové síly: pøita¾livé odpudivé p V = z n R T p V = n R T ( p + a ) n 2 V 2 (V n b) = n R T kompresibilitní faktor Van der Waalsova rovnice

14 Smìsi 13 Vyjádøení slo¾ení pro smìsi: Extenzivní velièiny: Intenzivní velièiny: n i = m i M i molární zlomek x i = n i / hmotnostní zlomek w i = m i / objemový zlomek φ i = V i / koncentrace c i = n i /V n j j=1 m j j=1 V j j=1

15 Pøevádìní molárních a hmotnostních zlomkù 14 x i = w i/m i kj=1 w j /M j w i = x i M i kj=1 x j M j

16 Smìs ideálních plynù 15 Pro smìsi: f(p,t,v,n i ) = 0 nebo f(p,t,v m,x i ) = 0 Daltonùv zákon: p = RT V n = RT V i=1 n i = i=1 ( ) RT n i V p i = parciální tlak Platí pøibli¾nì pouze pro nepøíli¹ stlaèené plyny. Amagatùv zákon: = p i i=1 V = RT p n = RT p i=1 Platí pøibli¾nì pro plyny i kapaliny. n i = i=1 ( n i RT p ) = V i i=1

17 Zajímavosti 16 Boyleùv zákon Gay-Lussacùv zákon Molekulární simulace Smì¹ování plynù