Kurzus Fizikai kémia Kód K931
Szak (vegyész-fizikus lab. operátor kötelező) Kredit 2
Felelős oktató Dr. Szirovicza Lajos
egyetemi docens
Számonkérés K5
Létszámkorlát nincs
Típus előadás Heti óraszám 2 Periódus őszi félév Javasolt félév lásd mintatanterv
Előfeltétel K001 kredit teljesítése
Teljesítés feltétele -
Helyettesítő tárgy nincs
 
Tematika:

I. Termodinamika
A termodinamika első főtétele
    Bevezetés, a termodinamikai rendszer és környezetének fogalma. A rendszer állapotának jellemzése. Termodinamikai folyamatok. Extenzív és intenzív termodinamikai mennyiségek.
  Az energia megmaradása, a hő és a munka megkülönböztetése. Véges és infinitezimális változások, termodinamikai előjel-szabály.
  A mechanikai munka, a gázkiterjedéssel és gázösszenyomással járó munkavégzés. Kiterjedés vákuummal és állandó külső nyomással szemben. A reverzibilis kiterjedés munkája. Indikátordiagramok.
  A hő, a belső energia és az entalpia. Fajlagos és moláris hőkapacitás. A hőkapacitás viszonya a belső energiához és az entalpiához. Az állandó nyomásra és állandó térfogatra vonatkozó hőkapacitás, valamint különbségük. A hő és a munka jelentése molekuláris színten.
  Állapotfüggvények és útfüggvények. Irreverzibilis és reverzibils adiabatikus expanzió, adiabaták.
  Termokémia. Reakcióhő, reakcióentalpia. Exoterm és endoterm folyamatok. Standard állapot. A reakcióentalpia kiszámítása képződési entalpiából. A reakcióentalpia hőmérsékletfüggése. A reakcióentalpia kisérleti meghatározása, kaloriméterek. Különféle entalpiák. A glükóz oxidációjának és tejsavas erjedésének termokémiai összehasonlítása.
A termodinamika második főtétele
  Az egyensúlyi és spontán folyamatok összehasonlítása. Az entrópia fogalma. Az entrópia változása a rendszerben és környezetében, a Clausius-féle egyenlőtlenség. Entrópiaváltozás a hőmérsékletváltozással járó folyamatokban. A fázis-átalakulásokat kisérő entrópia-változás. Entrópiaváltozás reverzibilis és irreverzibilis folyamatokban. Szabadenergia és szabadentalpia fogalma és felhasználásuk. A maximális munka.
A termodinamika harmadik főtétele
  A termodinamika harmadik főtételének kisérleti és statisztikus mechanikai alapjai. A reakcióentrópia, reakciószabadentalpia számításának és felhasználásának alapjai. A termodinamika első és második főtételének egyesítése. A szabadenergia függése a térfogattól és hőmérséklettől. A szabadentalpia függése a nyomástól és hőmérséklettol. A szabadentalpia nyomásfüggése folyadékokban és gázokban.Tökéletes és reális gázok kémiai potenciálja. A fugacitás és kiszámítása. A szabadentalpia nyitott rendszerekben. Tiszta anyagok kémiai potenciálja. A kémiai potenciál kiszámítása elegyekben.
Fázisegyensúlyok
  A fázisok termodinamikai stabilitása. A fázisok stabilitásának leírása a kémiai potenciál segítségével. A nyomás és hőmérséklet hatása a fázisegyensúlyokra. Fázisegyensúly a szilárd-folyadék, folyadék-gőz és a szilárd-gőz fázishatáron. Clausius-féle és a Clausius-Clapeyron féle egyenletek. Fázisdiagramok.
  Parciális móltérfogat, parciális moláris mennyiségek. A Gibbs-Duhem-féle egyenlet.
  Az elegyedés termodinamikája. Az elegyedéssel járó entrópiaváltozás és szabadentalpiaváltozás. Folyadékelegyek egyensúlya. A kémiai potenciál felhasználása a folyadékelegyek egyensúlyában. A folyadékelegyek fölött kialakuló gőznyomás leírásának Raoult- és Henry-féle törvénye. Az ideális és reális folyadékelegyek kémiai potenciálja. Az aktivitás. Az aktivitási koefficiens származtatása kétféle megközelítéssel.
  A fázisszabály. A fázisszabály felállításának termodinamikai alapjai. A fázisszabály alkalmazása egy-, két-, és három-komponensű rendszerekre. Háromszögdiagram alkalmazása fázisegyensúlyok ábrázolására.
Kémiai egyensúlyok
  A szabadentalpia és a kémiai egyensúly kapcsolata. Az extenzív és intenzív reakciókoordináta fogalma és alkalmazása egyensúlyra vezető reakciókban. A reakciókvóciens és az egyensúlyi állandó kapcsolata termodinamikai függvényekkel. A sztöchiometriai egyenlet és az egyensúlyi állandó felírásának egyszerűsített formája. Az egyensúlyi állandó kiszámítása termodinamikai függvényekből.
  A nyomás hatása a kémiai egyensúlyra. Az egyensúlyi állandó kiszámítása parciális nyomásból, móltörtből és molaritásból, a kapott egyensúlyi állandók közötti kapcsolat. A hőmérséklet hatása a kémiai egyensúlyra és az egyensúlyi állandóra. Termodinamikai függvények meghatározása az egyensúlyi állandó hőmérsékletfüggéséből.
  A termodinamika biokémiai alkalmazása. Az ATP termodinamikája. A biokémiai standard állapot. Az egyensúlyi állandó kisérleti meghatározása. Gázok és szilárd anyagok közötti egyensúly.
Elektrokémiai egyensúlyok
  Oldott ionok aktivitása. Közepes aktivitási koefficiens. Az oldott ionok viselkedése, a Debye-Hückel féle elmélet alapjai, ionerősség szerepe és számítása.
  Elektrolizáló- és galváncellák felépítése és a bennük lejátszódó reakciók. Az elektródok elnevezése és töltése.
  Az elektrokémiai potenciál. Potenciálkülönbség kialakulása különféle fázishatáron, a fém-, gáz-,másodfajú- és redoxi- elektródokon kialakuló elektródpotenciál kiszámításának elve. Standard elektródpotenciál. Érintkezési és membránpotenciál kialakuása. Elektrokémiai cellák jelölése és alkalmazása. Elektromotoros erő fogalma. Reakció-entalpia, reakciószabad-entalpia és reakció-entrópia meghatározása az elektro-motoros erő mérésébol.
Iontranszport
  Fajlagos ellenállás, fajlagos vezetés, moláris fajlagos vezetés fogalma és meghatározása. Erős és gyenge elektrolitok moláris fajlagos vezetésének függése a koncentrációtól Kohlrausch és Ostwald törvényei szerint. Kationok és anionok moláris fajlagos vezetése végtelen híg oldatban. Ionmozgékonyság.
II.Reakciókinetika
  A kémiai kinetika tárgya és kisérleti módszerei. A reakciósebesség, a sebességi törvény, a sebességi állandó és a reakciórend fogalma.
  A reakciórend meghatározása a kezdeti és a közbeeső sebességek mérésével. Az első- és másodrendű reakciók. A sebességi állandó meghatározása az első és másodrendű reaciók sebességi egyenletének integrált alakjaiból. A félátalakulási idő fogalma és meghatározása különböző reakciórend esetén.
  A sebességi állandó függése a homérséklettől. Egyensúlyra vezető reakciók kinetikája. Konszekutív reakciók kinetikája. Előegyensúllyal járó reakciók. Enzimkatalitikus reakciók Michaelis-Menten féle mechanizmusa és következményei.
  A reakció mechanizmusa, az elemi reakciók molekularitása,a reaktív köztitermék állandósult koncentrációja, valamint a reakció sztöchiometriai- és sebességi egyenlete az unimolekulás reakciókban. Gyökös láncindítási-, láncvívő-, inhibíciós- és láncletörési reakciók bemutatása a hidrogén bromid képzodési reakciójában. Gyökös lánc-elelágazási reakciók szerepe a durranógáz reakcióban.
  Fotokémiai reakciók. Kvantumhatásfok. Fotoszenzibilizálás.
  Katalitikus reakciók. Homogén katalízis és heterogén katalízis típusai. A katalizátor felületi borítottsága.