Detail předmětu

Základy chemické termodynamiky a kinetiky

FSI-BTKAk. rok: 2017/2018

Kurs se zabývá vybranými základními pojmy, zákony a vztahy klasické chemické termodynamiky a kinetiky, které jsou třeba pro pochopení fyzikálně – chemické problematiky materiálových věd. Chemická termodynamika je zaměřena na základní termodynamické zákony, termodynamické proměnné a vztahy, popis rovnováh v jednosložkových a vícesložkových homogenních i heterogenních soustavách, a na problematiku fázových diagramů. Pozornost je věnována také vícesložkovým chemicky reagujícím systémům a termodynamice kapilárních jevů. Kinetika uvádí základní kinetické koncepce fyzikálně – chemických dějů v heterogenních soustavách, zejména fázových transformací, difuze a slinování.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

5

Garant předmětu

prof. RNDr. Karel Maca, Dr.

Zajišťuje ústav

Ústav materiálových věd a inženýrství (ÚMVI)

Výsledky učení předmětu

Student získá základní znalosti klasické chemické termodynamiky a kinetiky, pochopí jejich logickou výstavbu a naučí se je využívat při řešení inženýrských zadání a používat přitom literárních zdrojů a databází.

Prerekvizity

Student potřebuje středoškolské znalosti matematiky, fyziky a chemie.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Cvičení je zaměřeno na praktické zvládnutí látky probrané na přednáškách. Výuka je doplněna laboratorním cvičením.

Způsob a kritéria hodnocení

Podmínky udělení zápočtu: Účast ve cvičeních a písemný test.
Jsou předepsány 2 kontrolní práce během semestru. Nutnou podmínkou pro získání zápočtu je, aby obě kontrolní práce byly klasifikovány lépe než známkou F (cvičící určí i opravné termíny do konce zkušebního období).
Zkouška:
Prověřuje znalosti teorie a zejména její aplikace na příkladech. Je písemná a ústní. Průběh ústní zkoušky je zcela v kompetenci zkoušejícího. Zkoušející může modifikovat váhu písemné a ústní části a přihlížet k aktivitě studenta ve cvičeních. Zkoušející je povinen předem sdělit posluchačům (nejpozději na poslední přednášce) základní informace o průběhu zkoušky a také hlavní zásady týkající se klasifikace.

Učební cíle

Cílem předmětu je seznámit studenty s vybranými základními pojmy, zákony a vztahy klasické chemické termodynamiky a kinetiky, které jsou třeba pro pochopení fyzikálně – chemické problematiky materiálových věd, tak aby je studenti dokázali aplikovat. Dalším, zdaleka nezanedbatelným úkolem předmětu je rozvíjet logické a abstraktní myšlení studentů.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Podmínkou udělení zápočtu je přítomnost studenta ve všech cvičeních a splnění zadaných úkolů. Pokud student tuto podmínku nesplní, může mu být v odůvodněných případech stanovena náhradní podmínka.

Základní literatura

J. Cihlář: Chemie slévárenských materiálů, Nakladetelství VUT v Brně, 1991
O. Fischer: Fyzikálna chémia, Slovenské pedagogické nakladatelstvo 1989
V. Šatava: Úvod do Fyzikální Chemie Silikátů: SNTL, Praha, 1965
D. Halliday, R. Resnick, J. Walker: Fyzika, Část 2: Mechanika – Termodynamika, VUTIUM, Brno, 2000

Doporučená literatura

W. J. . Moore: Fyzikální chemie, SNTL, Praha 1979
I. Barin a spol.: Thermochemical properties of inoganic substances, Springer, Berlin 1973, 1977, 1994
W.D.Kingery, H.K.Bowen and D.R. Uhlmann: Introduction to Ceramics,Wiley, New York 1976
J. J. Moore: Chemical Metallurgy, Butterworth-Neinemann, Oxford 1990

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program B3A-P bakalářský

    obor B-MTI , 2. ročník, letní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

prof. RNDr. Karel Maca, Dr.

Osnova

1. Struktura chemické termodynamiky. Klasifikace termodynamických systémů, proměnných a vztahů. Kriteria rovnováhy.
2. Termodynamická teplota. Termodynamické zákony: 0., 1., 2. a 3. zákon termodynamiky. Entropie.
3. Termodynamické vztahy a proměnné. Obecná strategie pro odvození termodynamických vztahů. Termochemie.
4. Energetická bilance chemických reakcí. Závislost reakční entalpie a Gibbsovy energie na teplotě. Chemický potenciál.
5. Rovnováha v termodynamických systémech. Obecné kriterium a obecné podmínky pro odvození termodynamické rovnováhy. Jednosložkové heterogenní systémy. Claussius - Clapeyronova rovnice.
6. Vícesložkové homogenní nereagující systémy – roztoky. Parciální molární veličiny. Chemický potenciál ve vícesložkových systémech. Chování zředěných roztoků. Raoultův zákon.
7. Vícesložkové heterogenní nereagující systémy. Popis vícefázových dvousložkových nereagujících systémů. Podmínky rovnováhy plynné a kapalné fáze.
8. Termodynamika fázových diagramů. Diagramy G - x. Rovnováha kapalné a tuhé fáze.
9. Vícesložkové vícefázové reagující systémy. Reakce ve vícefázových systémech. Složky a sloučeniny ve fázových diagramech. Aktivity a aktivitní koeficienty. Rovnovážná konstanta chemických reakcí.
10. Podmínky rovnováhy v systémech se zakřivenými povrchy. Povrchové napětí, Young - Laplaceova rovnice a kapilární jevy. Rozhraní tří fází, hranice zrn.
11. Kinetika a dynamika dějů v tuhé fázi. Transport v tuhých látkách. Difúze. Praktické aplikace Fickových zákonů v materiálovém inženýrství.
12. Slinování v tuhé fázi. Termodynamika a kinetika slinovacího děje. Beztlaké slinování, slinování s použitím tlaku, slinování s kapalnou fází.
13. Termodynamika a kinetika růstu zrn. Elektrochemie. Rovnovážná konstanta a stupnice kyselosti.

Cvičení s počítačovou podporou

6 hod., povinná

Vyučující / Lektor

prof. RNDr. Karel Maca, Dr.

Osnova

1. Úvodní neklasifikovaný test, chemické názvosloví
2. Chemické rovnice, výpočty podle chemických rovnic
3. Oxidačně redukční rovnice
6. První písemný test
9. Clapeyronova, Claussius-Clapeyronova rovnice
12. Druhý písemný test

Laboratoře a ateliéry

7 hod., povinná

Vyučující / Lektor

prof. RNDr. Karel Maca, Dr.

Osnova

4. Termochemie – tepelné kapacity
5. Termochemie – reakční tepla
7. Závislost Gibbsovy energie na teplotě
8. Energetická bilance chemických reakcí
10. Soustava o dvou složkách, Raoultův zákon, rovnovážná konstanta
11. Povrchové napětí, Young-Laplaceova rovnice
13. Exkurze