ešené píklady z fyzikální chemie I

Transkript

1 Masarykova univerzita v Brn Pedagogická fakulta ešené píklady z fyzikální chemie I Skupenské stavy Fázové rovnováhy Hana Cídlová, Daniela Szmeková, Jií Štpán Brno 2003

2 Copyright Hana Cídlová, Daniela Szmeková, Jií Štpán 2003 ISBN OBSAH

3 PEDMLUVA... 4 UROVÁNÍ JEDNOTEK FYZIKÁLNÍCH VELIIN... 6 Pravidla pro urování jednotek fyzikálních veliin... 6 ešené píklady... 8 PÍKLADY K SAMOSTATNÉMU EŠENÍ SKUPENSKÉ STAVY LÁTEK PLYNY Potebné vztahy ešené píklady Ideální plyn Smsi ideálních plyn Reálné plyny KAPALINY Potebné vztahy ešené píklady PEVNÉ LÁTKY Potebné vztahy ešené píklady PÍKLADY K SAMOSTATNÉMU EŠENÍ FÁZOVÉ ROVNOVÁHY ROVNOVÁHY NA MEZIFÁZÍ Potebné vztahy ešené píklady ROZDLOVACÍ ROVNOVÁHY, EXTRAKCE Potebné vztahy ešené píklady ROZDLENÍ SOUSTAVY DO DVOU FÁZÍ Potebné vztahy ešené píklady TROJNÝ BOD Potebné vztahy ešené píklady RAOULTV A DALTONV ZÁKON Potebné vztahy ešené píklady OSMOTICKÝ TLAK Potebné vztahy ešené píklady KRYOSKOPICKÝ A EBULIOSKOPICKÝ EFEKT Potebné vztahy ešené píklady ROVNOVÁHA KAPALINA PÁRA Potebné vztahy

4 ešené píklady APLIKACE TERMOCHEMICKÝCH ZÁKON NA TEPELNÉ EFEKTY FÁZOVÝCH PEMN Potebné vztahy ešené píklady GIBBSV ZÁKON FÁZÍ Potebné vztahy ešené píklady PÍKLADY K SAMOSTATNÉMU EŠENÍ REJSTÍK LITERATURA

5 PEDMLUVA Toto skriptum vzniklo ve snaze usnadnit studentm druhého roníku uitelských kombinací s chemií na Pedagogické fakult Masarykovy university v Brn situaci, kdy není k dispozici sbírka ešených píklad z fyzikální chemie, která by svojí nároností odpovídala jejich potebám. Tato situace byla již díve ásten vyešena tvorbou vzorových ešení píklad ze skript L. Kišová, L. Trnková: Píklady z fyzikální chemie, PF MU, Brno 1991 a jejich vložením do databáze poítaového výukového programu CECAL, která byla studentm uitelství chemie na Pedagogické fakult Masarykovy university v Brn k dispozici. Zkušenosti rychle ukázaly, že toto ešení není ideální, nebo mnozí studenti stále nemají k dispozici poíta, pípadn by rádi studovali v místech, kde poíta nemohou mít k dispozici (ve vlaku pi dojíždní do školy, v pírod, ). Z tohoto dvodu se ukázalo, navzdory moderním trendm využívat výpoetní techniku v maximální možné míe, potebné poskytnout studentm krom poítaové databáze ešených píklad také klasické, na papíe psané skriptum. Pedlohou pro vznik tohoto studijního materiálu byla pedevším již zmínná databáze, z níž byly píklady do skript pevedeny jen s drobnými grafickými a formálními úpravami. Podstatnjší zmnou oproti databázi je to, že teorie a vztahy potebné k ešení vtšího potu píklad byly vylenny ped text píklad a vzorová ešení se na n pouze odvolávají. Naopak, ve snaze zachovat co nejvtší formální podobu s používanou databází, byly zachovány nkteré i diskutabilní formality: Desetinná teka místo u nás obvyklé desetinné árky, násobení je stejn jako v ei poíta znaeno hvzdikou místo tekou. Je též zachován poet platných cifer, na nž software ovládající databázi poítal, výsledky tedy nejsou zaokrouhleny. tenáe s hlubším chemickým, fyzikálním i matematickým vzdláním možná zarazí zdánliv nadmrn podrobná ešení píklad. I toto byl zámr, nebo na Pedagogickou fakultu, s úmyslem vnovat se v život výuce chemie na základní škole, picházejí nejen absolventi gymnázií, ale také stedních odborných uiliš, pro které matematika ne vždy bývá poslušným pomocníkem a vyuující asto nemívají možnost vnovat se tmto studentm v takové míe, jak by potebovali. Ve snaze využít alespo ásten výhod originální databáze, která generuje píklady stejného slovního zadání, avšak s rznými hodnotami vstupních promnných a automaticky pepoítává výsledky, jakož i podle pání uživatele mže bu pedkládat píklady vetn vzorových ešení, nebo jen zadání, a pak kontroluje správnost uživatelem samostatn vypoítaného výsledku, byly píklady z databáze do skript zaazeny dvakrát: Nejprve v první ásti kapitoly jsou azeny píklady se vzorovými ešeními, v druhé ásti kapitoly se nacházejí pouze zadání stejných píklad (ve stejném poadí), ale s jinými íselnými hodnotami vstupních promnných, s udanými výsledky. Student tedy mže skriptum využívat temi základními zpsoby: - ke studiu vzorc a teorie - ke studiu vzorových ešení píklad - k samostatnému ovení, nakolik prostudovanému uivu a píkladm porozuml. 4

6 Do databáze výukového programu CECAL a následovn i do tchto skript byly zaazeny tém všechny píklady ze studijního materiálu L. Kišová, L. Trnková: Píklady z fyzikální chemie, PF MU, Brno Protože takto vzniklá sbírka ešených píklad byla velmi rozsáhlá (nkolik set stran), byla rozdlena do šesti díl: ešené píklady z fyzikální chemie I - Skupenské stavy - Fázové rovnováhy ešené píklady z fyzikální chemie II - Základy termodynamiky - Termodynamika chemických reakcí ešené píklady z fyzikální chemie III - Molekulární transport - Teorie reakní rychlosti ešené píklady z fyzikální chemie IV - Chemická kinetika - Kinetika složitjších reakcí ešené píklady z fyzikální chemie V - Roztoky elektrolyt - Galvanické lánky a elektrodové dje ešené píklady z fyzikální chemie VI - Vybrané optické fyzikáln chemické metody - Koloidní soustavy Jak je z obsahu jednotlivých kapitol patrné, byla sbírka oproti skriptm L. Kišová, L. Trnková: Píklady z fyzikální chemie, PF MU, Brno 1991 rozšíena o kapitolu Vybrané optické fyzikáln chemické metody, obsah zbývajících kapitol z vtší ásti odpovídá citovaným skriptm. Sbírka ešené píklady z fyzikální chemie I VI je urena nejen studentm chemie na Pedagogické fakult v Brn, ale také pedagogm, nadaným studentm stedních škol, studentm chemie na jiných fakultách i vysokých školách jako doplující pomcka ke studiu obecné nebo fyzikální chemie a také všem ostatním zájemcm o chemii. Rádi bychom podkovali všem, kdo jakkoli napomohli pi tvorb a recenzi tohoto studijního materiálu a pedem také dkujeme všem, kteí svými radami a pipomínkami pispjí k odstranní dosud pehlédnutých nedostatk v textu. Brno, 2003 autoi 5

7 REJSTÍK A Absorbance Adsorbát Adsorbent Aktivita Analýza rozmrová Aplikace termochemických zákon na tepelné efekty fázových pemn Potebné vztahy ešené píklady B Bod eutektický Bod kryohydratický Bod trojný Definice ešené píklady C ástice alfa D Dj adiabatický Dj izobarický Dj izochorický Dj izotermický Délka vlnová Dráha optická E Efekt kryoskopický a ebulioskopický Potebné vztahy ešené píklady Energie kapalin povrchová Enthalpie... 17,98 F Faktor kompresibilitní H Hmotnost molární... 13,16,91,93 Hmotnost molární stední Hmotnost relativní atomová Hmotnost relativní molekulová Hustota... 8,13,93 I Ideální plyny smsi ešené píklady Index lomu... 8 Intenzita záení Izoterma Freundlichova Izoterma Langmuirova J Jednotka atomová hmotnostní K Kapacita molární tepelná Kapacita tepelná molární Kapacity tepelné Kapalina ideální Kapaliny Potebné vztahy ešené píklady Kapilára Koeficient absorpní molární Koeficient adsorpní Koeficient Joulev Thomsonv Koeficient rozdlovací Koncentrace látková Koncentrace molální Konstanta Avogadrova... 12,23 Konstanta ebulioskopická... 93,94 Konstanta Henryho Konstanta kryoskopická... 93,94 Konstanta mížková Konstanta plynová...14,17,18,47,91,93 Konstanta Poissonova... 14,18 Konstanta rozdlovací Konstanta rozpadová Konstanty z van der Waalsovy rovnice Kvašení M Maximum interferenní Meniskus Množství látkové... 12,13 Množství naadsorbované Modul pružnosti v tahu (tlaku) Molalita N Nadbytek povrchový Naptí normálové Naptí povrchové Mení metodou kapilární elevace (deprese) 49 Metoda mení odtrhovací metodou Naptí povrchové Mení metodou stalagmometrickou (kapkovou)

8 O Objem kritický Objem molární Objem parciální Objem redukovaný P Pevné látky Potebné vztahy ešené píklady Plyn ideální ešené píklady Plyny potebné vztahy Plyny reálné ešené píklady Poet fází Poet složek Poet stup volnosti Podmínky normální Podmínky standardní Pravidlo pákové Prodloužení (zkrácení) relativní Pepoet mezi Celsiovou a Kelvinovou stupnicí12 R Refrakce specifická... 8 Rovina krystalová Rovnice Bernoulliova Rovnice Braggova Rovnice Clausiova Clapeyronova Rovnice kontinuity Rovnice Poissonova Rovnice stavová ideálního plynu Rovnice van der Waalsova Rovnováha kapalina pára Potebné vztahy ešené píklady Rovnováhy fázové Píklady k samostatnému ešení Rovnováhy na mezifází Potebné vztahy ešené píklady Rozdlení soustavy do dvou fází Potebné vztahy ešené píklady Rozdlovací rovnováhy, extrakce Potebné vztahy ešené píklady Rozpustnost plynu v kapalin Roztažnost teplotní délková Roztažnost teplotní délková sloupce kapalin Roztažnost teplotní objemová Roztažnost teplotní objemová kapalin Rychlost výtoku kapaliny z otvoru v široké nádob R ád maxima S Síla deformující Síla pružnosti Síla Stokesova Skupenské stavy látek Píklady k samostatnému ešení Skupenské teplo tání mrné Skupenské teplo varu mrné Smáení Sms eutektická Sms chladicí Souinitel (koeficient) teplotní délkové roztažnosti Souinitel (koeficient) teplotní objemové roztažnosti Systém ternární T Tlesa izotropní Tenze par složky roztoku Teorém korespondujících stav Tepelná kapacita pi konstantním tlaku molární 18 Teplo hydrataní Teplo rozpouštcí Teplo sublimaní molární Teplota inverzní Teplota kritická Teplota redukovaná termodynamická Teplota tání Teplota tuhnutí Teplota varu Tlak kritický Tlak nasycených par... viz Tlak osmotický... 6,9,92 Potebné vztahy ešené píklady Tlak parciální...15,32,33,34,35,36,37,62,63,75,87 Tlak redukovaný Tlak skutený vodních par U Urování jednotek fyzikálních veliin Pravidla... 6 Píklady k samostatnému ešení ešené píklady... 8 V Viskozita... 10,46 Mení prtokovým viskozimetrem Mení tlískovým viskozimetrem Závislost na teplot Vlhkost vzduchu relativní Z Zákon Amagatv Zákon Boylv Mariottev Zákon Daltonv... 15,87 Zákon druhý termochemický Zákon exponenciální radioaktivního rozpadu Zákon fází Gibbsv Potebné vztahy ešené píklady Zákon Gay Lussacv

9 Zákon Henryho Zákon Hookv Zákon Charlesv Zákon Lambertv Beerv Zákon Newtonv druhý Zákon Ostwaldv Zákon první termochemický Zákon Raoultv Zákon Raoultv a Daltonv spojení Potebné vztahy ešené píklady Zákon rozdlovací Zákon Stokesv Záení rentgenové Zlomek molární... 13,16,87 8

10 9