Fizikai kémia és kolloidika Oktatók: Dr. Tolner László egyetemi docens, tárgyfelelős Talajtani és Agrokémiai Tanszék 2094. szoba Dr. Kampfl Györgyi egyetemi adjunktus Kémia és Biokémia Tanszék, szoba

A kémiai folyamatok fizikai vonatkoztatását vizsgáló tudományág Fizikai kémia A kémiai folyamatok fizikai vonatkoztatását vizsgáló tudományág Állapotjellemzés, Energia átalakulások Gázokra vonatkozó törvényszerűségek Folyadékokra – oldatokra – vonatkozó törvényszerűségek Fázisok, fázisátalakulások, összetett rendszerek A kémiai átalakulások sebessége Egyensúlyi összefüggések Elektrokémia

Kolloidika Diszperz rendszer, (talaj, köd, füst, csapadék) Kolloid – enyvszerű (görög) valódi oldat – 1 nm – kolloid – 500 nm – makroszkopikus részecske Diszperz rendszer, (talaj, köd, füst, csapadék) Makromolekula, (élőlények, humusz, műanyagok) Molekula asszociátumok (mosószerek, kolloidstabilitás) Felületi jelenségek (nedvesedés, habzás)

Fizikai kémia és kolloidika - környezettechnológiák Anyag és energia-megmaradás törvénye A hőenergia –> mechanikai energia korlátozott Gőzgép, belsőégésű motor, hőerőmű Hűtő és klímaberendezések, hőszivattyú Gázok cseppfolyósíthatósága, tárolhatósága Szennyeződések kicsapása (szennyvíztisztítás) Katalízis (kipufogó-gáz tisztítás) Abszorpció, adszorpció (füstgáztisztítás) Felületaktív molekulák – emulzió képzés (szennyezés eltávolítás, fixálás)

Követelmények Heti 2 óra előadás (szerda 13:30-15:00 215 szeminárium) Két hetente 2 óra gyakorlat (hétfő 15:15-16:45 Kémia Tsz hallgató labor, 1.hét: 1cs, 2.hét: 2cs) kötelező! 2 laborgyakorlat, a többi számolási gyakorlat 2 ZH gyakorlatokon, számítási feladatok 1 pót ZH, vizsgaidőszak 1. hetében (csak 1 pótolható v. javítható)

Követelmények - értékelés Elérhető 100 pont (51-60 elégséges, 61-75 közepes, 76-85 jó, 86- jeles) Félév során teljesíthető 50 pont (minimum 26!) 2 db ZH: 2 x 15 pont = 30 pont Aktivitás gyakorlatokon 10 pont Labor gyakorlat 10 pont Vizsga során teljesíthető 50 pont 25 pont írásbeli (feladatmegoldás) minimum 13 pont! 25 pont szóbeli

Fizikai Kémiai alapfogalmak Rendszer: anyagfajták összessége, amelyeket valamilyen szempontból kiválasztva a vizsgálat tárgyává tesszük Környezet: anyagok, amelyeket nem sorolunk a rendszerhez Modell rendszerek: valóság egyszerűsített változatai Könnyebben megfigyelhető Egyszerűbb matematikai leírás pl. tökéletes gázok Rendszer-környezet: kölcsönhatás lehetséges Mechanikai: következménye a munkavégzés Termikus: következménye a hőcsere Kémiai: anyagfajta átmenet – hely szerint: pl. diffúzió átalakulás: egyes anyagok megjelennek / eltűnnek (nem transzport) Elektromos: töltésátmenet Mágneses Gravitációs

Fizikai kémia: kémiai kölcsönhatás párosul valamilyen más kölcsönhatással Rendszer – környezet kapcsolata lehet: Elszigetelt: sem energiaátmenet, sem anyagátmenet Zárt rendszer: energiaátmenet: , anyagátmenet: – Nyitott rendszer: energiaátmenet: , anyagátmenet:  pl. adiabatikus kapcs.: anyagátmenet:  energiaátmenet: pl. munkavégzés , DE: hőcsere: – Cél: rendszer állapotának, állapotváltozásának leírása Hogyan? Milyen mértékben? Mi okból?

Rendszerek felosztása Homogén: adott tulajdonságot jellemző mennyiségek nem függenek a helytől Tiszta: 1 komponens (egymástól függetlenül létező kémiai anyagfajták) Többféle komponens: pl. elegy (egyik alkotó kiemelve: pl. oldatban) Inhomogén: legalább egy mennyiség függ a helytől Heterogén: ugrásszerű változás, több fázis jelenléte Fázis: rendszeren belül azonos fizikai és kémiai tulajdonságú részek (Lehetnek nem összefüggőek is!)

I2 CCl4-ben és a cseppek H2O-ban:

Rendszer állapota: a rendszert jellemző fizikai és kémiai mennyiségek összessége ( alap) Állapot jelzők: közvetlenül könnyen mérhető adatok pl. V, p, T, n Állapotfüggvények: adott állapothoz egyértelműen hozzárendelhető mennyiség (állapot megváltozik → állapotfv. is megváltozik) Termodinamikai paraméterek: nem közvetlenül mérhetőek pl. S (entrópia), H (entalpia), U (belső energia), F ( szabadenergia), G (szabadentalpia) A mennyiségek nem függetlenek egymástól → egyenletek Állapotegyenlet: alap állapotjelzők közti kapcsolat Pl. ideális gázok állapotjelzői közötti kapcsolat: Ideális gázok egyenlete (gáztörvény) pV=nRT

Anyagi halmazok

Ideális gázok A molekulákat pontszerűnek tekintjük Részecskék között rugalmas ütközések Egyéb kölcsönhatásoktól eltekintünk Kísérleti tapasztalatokból: Boyle-Mariotte törvény: p1V1=p2V2 Gay Lussac I. törvénye: V1/T1 = V2/T2 Gay Lussac II. törvénye: p1/T1 = p2/T2 Egyesített gáztörvény: p1V1/T1 = p2V2/T2 = konstans pV= nRT