Detail předmětu
Základy chemické termodynamiky a kinetiky
FSI-BTK Ak. rok: 2016/2017 Letní semestr
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
Zajišťuje ústav
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.
Použití předmětu ve studijních plánech
Program B3A-P: Aplikované vědy v inženýrství, bakalářský
obor B-MTI: Materiálové inženýrství, povinný
Typ (způsob) výuky
Přednáška
26 hod., nepovinná
Vyučující / Lektor
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
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