Fyzikální chemie. Magda Škvorová KFCH CN463 magda.skvorova@ujep.cz, tel. 3302. 14. února 2013



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

Stavové chování kapalin a plynů II. 12. března 2010

Mol. fyz. a termodynamika

Termodynamika materiálů. Vztahy a přeměny různých druhů energie při termodynamických dějích podmínky nutné pro uskutečnění fázových přeměn

Do známky zkoušky rovnocenným podílem započítávají získané body ze zápočtového testu.

Fyzikální chemie Úvod do studia, základní pojmy

2.4 Stavové chování směsí plynů Ideální směs Ideální směs reálných plynů Stavové rovnice pro plynné směsi

6. Stavy hmoty - Plyny

Tepelná vodivost. střední rychlost. T 1 > T 2 z. teplo přenesené za čas dt: T 1 T 2. tepelný tok střední volná dráha. součinitel tepelné vodivosti

Osnova pro předmět Fyzikální chemie II magisterský kurz

Molekulová fyzika a termika. Přehled základních pojmů

IDEÁLNÍ PLYN. Stavová rovnice

Stavové chování kapalin a plynů. 4. března 2010

Chemická kinetika. Reakce 1. řádu rychlost přímo úměrná koncentraci složky

soustava - část prostoru s látkovou náplní oddělená od okolí skutečnými nebo myšlenými stěnami okolí prostor vně uvažované soustavy

Zákony ideálního plynu

Plyn. 11 plynných prvků. Vzácné plyny. He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn Diatomické plynné prvky H 2, N 2, O 2, F 2, Cl 2

Molekulová fyzika a termodynamika

Aplikovaná fyzikální chemie. Magda Škvorová KFCH CN463 tel. 3302

Termomechanika 6. přednáška Doc. Dr. RNDr. Miroslav Holeček

5.4 Adiabatický děj Polytropický děj Porovnání dějů Základy tepelných cyklů První zákon termodynamiky pro cykly 42 6.

Elektroenergetika 1. Termodynamika

Elektroenergetika 1. Termodynamika a termodynamické oběhy

metoda je základem fenomenologické vědy termodynamiky, statistická metoda je základem kinetické teorie plynů, na níž si princip této metody ukážeme.

Termodynamika. Děj, který není kvazistatický, se nazývá nestatický.

Termodynamické zákony

Plyn. 11 plynných prvků. Vzácné plyny. He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn Diatomické plynné prvky H 2, N 2, O 2, F 2, Cl 2

Termodynamika 2. UJOP Hostivař 2014

9. Struktura a vlastnosti plynů

Nultá věta termodynamická

TERMOMECHANIKA 1. Základní pojmy

Plyn. 11 plynných prvků. Vzácné plyny He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn Diatomické plynné prvky H 2, N 2, O 2, F 2, Cl 2

Základem molekulové fyziky je kinetická teorie látek. Vychází ze tří pouček:

Fyzikální chemie. ochrana životního prostředí analytická chemie chemická technologie denní. Platnost: od do

Termodynamika. T [K ]=t [ 0 C] 273,15 T [ K ]= t [ 0 C] termodynamická teplota: Stavy hmoty. jednotka: 1 K (kelvin) = 1/273,16 část termodynamické

FYZIKÁLNÍ CHEMIE I: 1. ČÁST KCH/P401

VYBRANÉ STATĚ Z PROCESNÍHO INŢENÝRSTVÍ cvičení 12

TERMOMECHANIKA PRO STUDENTY STROJNÍCH FAKULT prof. Ing. Milan Pavelek, CSc. Brno 2013

Termodynamika (td.) se obecně zabývá vzájemnými vztahy a přeměnami různých druhů

Kapitoly z fyzikální chemie KFC/KFCH. I. Základní pojmy FCH a kinetická teorie plynů

1. Látkové soustavy, složení soustav

Přednášky z lékařské biofyziky Biofyzikální ústav Lékařské fakulty Masarykovy univerzity, Brno

Ideální plyn. Stavová rovnice Děje v ideálním plynu Práce plynu, Kruhový děj, Tepelné motory

Fyzikální učebna vybavená audiovizuální technikou, interaktivní tabule, fyzikální pomůcky

Fyzikální chemie VŠCHT PRAHA. bakalářský kurz. Prof. Ing. Josef Novák, CSc. a kolektiv. (2. listopadu 2008)

PROCESY V TECHNICE BUDOV 8

Teplota a její měření

4 Term ika. D ůsledky zavedení tep lo ty a tep la Stavová r o v n i c e Stavová rovnice termická a kalorická

1/1 PŘEHLED TEORIE A VÝPOČTOVÝCH VZTAHŮ. Základní stavové veličiny látky. Vztahy mezi stavovými veličinami ideálních plynů

Stavové chování plynů a kapalin

Termochemie. Katedra materiálového inženýrství a chemie A Ing. Martin Keppert Ph.D.

Termodynamika a živé systémy. Helena Uhrová

Kontrolní otázky k 1. přednášce z TM

VÝHODY A NEVÝHODY PNEUMATICKÝCH MECHANISMŮ

8. Chemické reakce Energetika - Termochemie

Rovnováha Tepelná - T všude stejná

UČIVO. Termodynamická teplota. První termodynamický zákon Přenos vnitřní energie

FYZIKÁLNÍ CHEMIE chemická termodynamika

Fázové heterogenní rovnováhy Fáze = homogenní část soustavy, oddělná fyzickým rozhraním, na rozhraní se vlastnosti mění skokem

Teplo, práce a 1. věta termodynamiky

MAGISTERSKÝ VÝBĚR úloh ze sbírek

IDEÁLNÍ PLYN 11. IDEÁLNÍ A REÁLNÝ PLYN, STAVOVÁ ROVNICE

Přírodní vědy - Chemie vymezení zájmu

Skupenské stavy látek. Mezimolekulární síly

Moravské gymnázium Brno s.r.o. RNDr. Miroslav Štefan

III. STRUKTURA A VLASTNOSTI PLYNŮ

Teorie transportu plynů a par polymerními membránami. Doc. Ing. Milan Šípek, CSc. Ústav fyzikální chemie VŠCHT Praha

PLYNNÉ LÁTKY. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Termika - 2. ročník

Popis stavového chování plynů

T0 Teplo a jeho měření

Cvičení z termodynamiky a statistické fyziky

5.7 Vlhkost vzduchu Absolutní vlhkost Poměrná vlhkost Rosný bod Složení vzduchu Měření vlhkosti vzduchu

Fyzika - Sexta, 2. ročník

Základy molekulové fyziky a termodynamiky

VZOROVÝ ZKOUŠKOVÝ TEST z fyzikální chemie( 1

Fyzikální chemie. 1.2 Termodynamika

STRUKTURA A VLASTNOSTI PLYNŮ POJMY K ZOPAKOVÁNÍ. Testové úlohy varianta A

Přehled otázek z fyziky pro 2.ročník

Termodynamika - Formy energie

PRŮMYSLOVÉ TECHNOLOGIE I - SOUBOR OTÁZEK KE ZKOUŠCE

Stanovení křivky rozpustnosti fenol-voda. 3. laboratorní cvičení

10. Energie a její transformace

Jméno: _ podpis: ročník: č. studenta. Otázky typu A (0.25 bodů za otázku, správně je pouze jedna odpověď)

LOGO. Struktura a vlastnosti plynů Ideální plyn

Příklady k zápočtu molekulová fyzika a termodynamika

Digitální učební materiál. III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Příjemce podpory Gymnázium, Jevíčko, A. K.

VÝUKOVÝ MATERIÁL Ing. Yvona Bečičková Tematická oblast

Termodynamika ideálního plynu

Termomechanika 8. přednáška Doc. Dr. RNDr. Miroslav Holeček

Látkové množství n poznámky 6.A GVN

Katedra biologie, PřF UJEP

TERMODYNAMIKA 1. AXIOMATICKÁ VÝSTAVBA KLASICKÉ TD Základní pojmy

TERMODYNAMIKA 1. AXIOMATICKÁ VÝSTAVBA KLASICKÉ TD Základní pojmy

Otázky Termomechanika (2014)

Transportní jevy v plynech Reálné plyny Fázové přechody Kapaliny

Skupenské stavy látek

Energie, její formy a měření

VYBRANÉ STATĚ Z PROCESNÍHO INŽENÝRSTVÍ cvičení 11

Transkript:

Fyzikální chemie Magda Škvorová KFCH CN463 magda.skvorova@ujep.cz, tel. 3302 14. února 2013

Co je fyzikální chemie? Co je fyzikální chemie? makroskopický přístup: (klasická) termodynamika nerovnovážná termodynamika mikroskopický přístup (atomy): statistická termodynamika kinetická teorie spektroskopie, difrankce, AFM mikroskopický přístup (elektrony, jádra): kvantová chemie spektroskopie

Základní pojmy a veličiny Základní pojmy okolí okolí systém = soustava okolí okolí Systém: izolovaný - nevyměňuje ani hmotu ani energii (termoska) uzavřený - nevyměňuje hmotu ale vyměňuje energii (balónek, láhev s nápoji) otevřený - vyměňuje hmotu i energii (člověk) otevřený systém s ustáleným tokem (průtočný reaktor)

Základní pojmy a veličiny Energie Výměna energie: teplo Q - na základě teplotního rozdílu práce W - na základě silového působení Znaménková konvence: + energie dodaná do systému energie odebraná W < 0 systém koná práci W > 0 práce dodaná do systému Q > 0 endotermický děj Q < 0 exotermický děj Q = 0 adiabatický děj Druh práce: objemová (změna objemu systému), elektrická, povrchová atd.

Základní pojmy a veličiny Fáze a skupenství Fáze oblast, kde jsou vlastnosti systému konstantní nebo se spojitě mění v prostoru. heterogenní homogenní Fázové rozhraní - některé vlastnosti systému se mění skokem Skupenské stavy: plynný (g) kapalný (l) pevný (s) (plazma, Boseův-Einsteinův koncentrát)

Základní pojmy a veličiny Veličiny Veličina = fyzikálně-chemická veličina = termodynamická veličina = termodynamická funkce = termodynamická proměnná = stavová veličina = stavová funkce = stavová proměnná termodynamické veličiny jsou jen funkcí stavu teplo, práce závisí na cestě Teplo a práce nejsou termodynamické veličiny - vztahují se k ději (procesu). Veličiny pro homogenní systém: extenzivní - jsou součtem částí (hmotnost, objem) intenzivní - nezávisí na dělení systému na části (teplota, hustota) Y = my sp = ny m Převod extenzivní veličiny na intenzivní měrné (specifické) a molární veličiny.

Základní pojmy a veličiny Stav systému a rovnováha Stav je definován intenzivními proměnnými (teplota, tlak, složenípomocí molárních zlomků,...) Velikost pak např. vhodnou extenzivní proměnnou (pro více fází pak proměnnými) (např. objem, hmotnost) Stav systému se nemění termodynamická rovnováha: mechanická (tlaková) tepelná (teplotní) koncentrační fázová chemická Stacionární proces (ustálený tok) = stav nezávisí na čase, ale systém není v rovnováze

Základní pojmy a veličiny Děj Vlastnosti systému se s časem mění probíhá děj vratný (rovnovážný) nevratný (nerovnovážný) Děj kruhový (cyklický) počáteční stav = konečný stav název děje druh děje značení izotermický konstantní teplota [T] izobarický konstantní tlak [p] izochorický konstantní objem [V] adiabatický systém nevyměnuje s okolím teplo [ad.] izoentropický konstantní entropie [S] izoentalpický konstantní entalpie [H]

Úvod Stavové chování-úvod Hledáme funkci p = p(t, V m ) Jde to? - posuďte sami... Proč je z praktického hlediska nejdůležitější stavové chování u plynů? 17.st - zkoumání chování plynů Boyle ( Boyleův zákon ) Pol. 19.st - stavová rov. ideálního plynu Konec 19.st - van der Waalsova rov. 20.st - složitější popis st. chování

Ideální plyn Jak vznikl ideální plyn [T ]: pv = konst. Boyle, Marionete (17.st) [P]: V (t) = V (0)(1 t/273.15) Charles, Gay-Lussac (18.st) Definujme T = t + 273.15. Pak V /T = konst. [V ]: p = p 0(1 + t/273.15) čili p/t = kons. Gay-Lussac (poč. 19 st.) Důsledek (Clapeyron) pv /T = const (závisí na množství látky), ozn. nr PV = nrt R = 8.314472Jmol 1 K 1

Ideální plyn Ideální plyn Hypotetický systém, kde nepůsobí žádne mezimolekulární síly. St. rov. ideálního plynu - Clapeyron r.1834: pv = nrt nebo pv m = RT nebo p = RT /V m

Ideální plyn Ideální plyn Hypotetický systém, kde nepůsobí žádne mezimolekulární síly. St. rov. ideálního plynu - Clapeyron r.1834: pv = nrt nebo pv m = RT nebo p = RT /V m Boylova teplota: (pv ) lim = 0 p 0 p Reálné systémy za velmi nízkých tlaků.

Reálné chování plynů Stavové chování - obecně Vztah mezi tlakem P, teplotou T, objemem systému V a celkovým látkovým množstvím složek n v systému: Stavové rovnice (pv=nrt,...) f (P, T, V, n) = 0

Reálné chování plynů Roztažnost a stlačitelnost Koeficient izobarické roztažnosti: «V α p = 1 V T p Koeficient izotermické stlačitelnosti: «V κ T = 1 V p T Koeficient izochorické rozpínavosti(méně používaný): «p β V = T V Pro koeficienty platí vztah - β V = α p/κ T Kompresibilitní faktor: z = pv nrt = pvm RT Ideální plyn: α p = 1 T κ T = 1 p β V = p T z = 1

Van der Waalsova rovnice V čem je ukryta síla van der Waalse... A b=4n A V mol. Van der Waalsova rovnice (r. 1873) - první úspěšná stavová rovnice. Stavová rov. id. plynu doplněna dvěma korekcemi: 1 molekuly mají určitý, zvláště při vyšších teplotách, nezanedbatelný objem, B V m (V m b) p 1 =k/v m 2 mezi molekulami existují přitažlivé síly, p (p + p) = (p + a V 2 m )

Van der Waalsova rovnice V čem je ukryta síla van der Waalse... A b=4n A V mol. B Van der Waalsova rovnice (r. 1873) - první úspěšná stavová rovnice. Stavová rov. id. plynu doplněna dvěma korekcemi: V m p = RT (V m b)(p + a Vm 2 ) = RT p 1 =k/v m

Viriální st. rov. Viriální stavová rovnice Teoreticky podložená st. rovnice. Lze z ní získat veškeré termodynamické vlastnosti v plynné fázi. Viriální (mocninová) st. rovnice: z = pv m RT = 1 + B 2 + B 3 V m Vm 2 +... p = RT ρ = 1 + B 2ρ + B 3 ρ 2 +... kde B 2,B 3,... jsou druhý, třetí,... viriální koeficient (první koeficient je roven 1). Koeficienty jsou pro čisté látky pouze funkcí teploty.

Viriální st. rov. Závislost viriálních koeficientů na T Jouleova teplota T J Boylova teplota T B

Kritické chování P-V diagram

Kritické chování P-V diagram

Kritické chování Stavové chování a kritický bod p C V kritickém bodě pro čisté látky platí: ( ) ( p 2 ) p = 0 V C V 2 = 0 C ( 3 ) p V 3 < 0 Určení konstant u kubických st. rovnic. C

Směs ideálních plynů Směs ideálních plynů Daltonův zákon: p = RT V n = RT V k n i = i=1 ( ) k RT n i = V i=1 k i=1 p i Parciální tlak: Amagatův zákon: p i = n i RT V V = RT p n = RT p = x RT i V n= x ip k n i = i=1 ( ) k RT n i = p i=1 k i=1 V i

Směs ideálních plynů Hustota ideálního plynu Jedna složka: Směs: ρ = m V = Mn V = pm RT ρ = m k V = i=1 M in i V Střední molární hmotnost: M = = p k i=1 M ix i RT k M i x i i=1 = pm RT