Fizikai kémia I. a 13. GL osztály részére 2016/2017

Az előadások a következő témára: "Fizikai kémia I. a 13. GL osztály részére 2016/2017"— Előadás másolata:

1 Fizikai kémia I. a 13. GL osztály részére 2016/2017
Bevezetés, fogalmak Állapot: kész

2 Bemutatkozás Tihanyi Péter
Végzettségeim (a „Petrik” után): BME vegyészmérnök, mérnök-tanár, környezetvédelmi szakmérnök, analitikai szakmérnök. B épület, 220. szoba (a 2. emeleten rögtön balra, bent is balra) Iskolai telefon: /9246 vagy Honlap: tp1957.atw.hu Tantárgyaim: bármi, ami kémia, labor, környezet. Jelenleg: fizikai kémia,...

3 Követelmények Az órákra való bejárás, figyelés.
Füzet: mindegy, amilyen van. Témazáró dolgozatok megírása: 3 db egy félévben, ez 3 db osztályzat. Hiányzás esetén pótolni lehet. Lesznek interneten (redmenta.hu) teljesíthető dolgozatok is. Házi feladat elkészítése, beadása: 4 db egy félévben, osztályzat mindegyikre, ezek együttesen érnek fel 1 dolgozattal. A félévi osztályzat az így kapott 4 jegy átlaga. Az év végi osztályzat a tanévben szerzett 8 jegy átlaga.

4 A fizikai kémia területei
Homogén, egykomponensű rendszerek: halmazállapotok Gáz: gáztörvények, kinetikus gázelmélet Folyadék- és szilárd állapot Heterogén rendszerek Halmazállapot-változások: párolgás - lecsapódás, olvadás - kristályosodás, szublimáció Általános jellemzés, egy- és többkomponensű rendszerek Homogén többkomponensű rendszerek: elegyek, oldatok Reakció-kinetika, kémiai egyensúly, elektrolit egyensúlyok Elektrokémia Az elektrolitok vezetése, ionvándorlás Elektródfolyamatok egyensúlyai Termodinamika (ezen az alapon tárgyalható minden) Van még: fotokémia, kolloidika, kötések, magkémia.

5 A fizikai kémia módszerei
Induktív tudományág: az ismereteket tapasztalat alapján szerzi. Ha a feltételezést (hipotézist) a kísérletek igazolják, abból elmélet lesz. Három fő módszer: kinetikus elméleti termodinamikai, atomfizikai A módszerek nem függetlenek, együtt használhatók.

6 Bevezetés - az állapotjelzők
Térfogat, V Extenzív mennyiség, mértékegysége m3, dm3, cm3; Légnemű (gáz és gőz): erősen változó (T és p függvényében) Folyadék- és szilárd állapot: kevéssé változik. Hőmérséklet, T Intenzív jellemző, független az anyag mennyiségétől Hétköznapi értelemben a hideg - meleg mértékét, azaz a fajlagos energia tartalmat, a hőállapotot jellemzi. T = t + 273,15 (t a hőmérséklet ºC-ban) Nyomás, p Anyagmennyiség, n Extenzív mennyiség, mértékegysége mol (kmol, mmol) Az állapotfüggvények ezek közt teremtenek kapcsolatot.

7 Bevezetés - az anyagi rendszerek fogalma és osztályozása
Anyagi rendszer: az anyagi világnak a környezetétől valamilyen módon elkülönülő része Nyílt v. nyitott: a környezettel lehetséges anyag- és energia átmenet - pl. nyitott pohár. Zárt: a környezettel nem lehetséges anyag-átmenet, energia átmenet lehetséges - pl. lezárt palack. Elszigetelt (izolált): a környezettel nem lehetséges sem anyag-, sem energia-átmenet - pl. lezárt termosz. Komponens, összetevő: egyféle atomból vagy molekulából felépülő anyag. Fázis: a rendszernek a többi résztől határfelülettel elkülö-nülő része. Ezen belül az anyag jellemzői állandóak. Homogén: egy fázisú rendszer (pl. sóoldat) Heterogén: több fázisú (pl. feloldatlan anyag)

8 A halmazállapotok általános tulajdonságai - ismétlés
Szilárd, kristályos kohézió > hőmozgás; A részecskék közel vannak → van saját térfogat A részecskék helyhez kötöttek → van saját alak Szabályos, azaz kristályos szerkezet. Folyékony, cseppfolyós kohézió ≈ hőmozgás A részecskék elmozdulhatnak → nincs saját alak (az edény alakját veszi fel) Szabálytalan szerkezet Légnemű, (gáz és gőz) kohézió < hőmozgás A részecskék távol vannak → nincs saját térfogat (kitölti az edényt) A részecskék szabadon mozognak → nincs saját alak (az edény alakját veszi fel) A halmazállapotot két hatás határozza meg: a kohézió és a hőmozgás.

9 A további tananyagok Gáztörvények Kinetikus gázelmélet Folyadékállapot Szilárd állapot Halmazállapot-változások Heterogén rendszerek Elegyek, oldatok Folyadék – folyadék elegyek Oldódás folyadékban Híg oldatok törvényei Reakció-kinetika Egyensúlyok Elektrolit egyensúlyok Elektrokémia

10 Év végi összefoglalás 1. A fizikai kémia területei, módszerei
Állapotjelzők, állapotfüggvények Anyagi rendszer, komponens, fázis, homogén, heterogén A halmazállapotok általános tulajdonságai Gáztörvények Izoterm: Boyle - Mariotte p·V = állandó Izobár (hőtágulás): Gay - Lussac I. törvény Izochor: Gay - Lussac II. törvény egyesített gáztörvény állapotegyenlet: p · V = n · R · T ebből a sűrűség

11 Év végi összefoglalás 2. A kinetikus gázelmélet
Alapfeltételezések: nincs kitüntetett irány, ,nincs vonzás, az ütközés rugalmas A gázmolekulák átlagos sebessége A gázok belső energiája: Közepes szabad úthossz A másodpercenként ütközések száma Folyadékok Összetartó erők Felületi feszültség, nedvesítés Viszkozitás

12 Év végi összefoglalás 3. Szilárd állapot
Rácsszerkezet: rácspont, elemi cella, rácsállandó Cella típusok, koordinációs szám Rácstípusok: atom-, ion-, fém- és molekularács Polimorfia (O2 - O3, grafit - gyémánt), izomorfia (timsók) Halmazállapot-változások - átalakulási hő (előjel) Párolgás - lecsapódás, tenzió, párolgáshő, forrás, forráspont, túlhevülés Olvadás - fagyás, olvadáspont = fagyáspont, olvadáshő, túlhűtés Szublimáció (oda - vissza), szublimációs tenzió, szublimációs hő, szublimációs forráspont

13 Év végi összefoglalás 4. Heterogén rendszerek
Összetevők száma, fázisok száma Összefüggések száma Gibbs-féle fázisszabály: F + Sz = K + 2 Fázisdiagramok: víz, só - víz (eutektikum) Homogén többkomponensű rendszerek Elegy: ideális, reális Additív tulajdonságok Összetétel megadási módok: arányok, törtek, %, ezrelék, ppm, ppb anyagmennyiség-koncentráció, tömeg-koncentráció Raoult-koncentráció

14 Év végi összefoglalás 5. Gázelegyek Parciális nyomás, parciális térfogat x% = v/v% M(átlag) = x1·M1 + x2·M2 + x3·M3 +… Folyadékelegyek Elegyedés: korlátlan, korlátozott Ideális elegyben a tenzió Konovalov I. törvénye: A gőzelegy moltörtje (x’B) az illékony komponensre nézve nagyobb, mint a vele egyensúlyban lévő folyadéké (xB) Konovalov II. törvénye: Az azeotrópos elegyek változatlan összetétellel párolognak.

15 Év végi összefoglalás 6. Folyadékelegyek Tenziógörbék: ideális, reális, azeotrópos (2 féle) Forráspont- és harmatpont-görbék (az előbbiek fordítottja) Az azeotrópos elegyek nem választhatók szét. Desztilláció (lepárlás), anyagmérleg, rektifikálás. Kíméletes lepárlás: vízgőz-desztilláció, vákuum-desztilláció Gázok oldódása folyadékokban Mindig reális elegy (nagy V csökkenés) Az oldhatóság függ: anyagi minőségek, parciális nyomás, hőmérséklet. Dalton törvény: c = k*p Ez is lehet azeotróp (nem forralható ki). Jelentősége: oldott oxigén, gázok oldatai (HCl, NH3, C2H2)

16 Év végi összefoglalás 7. Szilárd anyagok oldódása folyadékokban Az oldhatóság függ: anyagi minőségek, hőmérséklet, más oldott anyagok. Oldáshő: lehet negatív (exoterm) és pozitív (endoterm); Az oldáshő a rácsenergia (endoterm) és szolvatációs hő (exoterm) eredője. Az oldhatóság hőmérsékletfüggése: LKK Megoszlás oldószerek között Az anyag két oldószerben lévő koncentrációjának hányadosa adott hőmérsékleten állandó, független a koncentrációk (abszolút) értékétől: Ez a Nernst-féle megoszlási törvény, az extrakció (kioldás, átoldás) alapja.

17 Év végi összefoglalás 8. Híg oldatok törvényei
Híg oldat: az oldott anyag egy részecskéjére legalább 100 oldószer molekula jut. Az oldat tulajdonságai eltérnek az oldószerétől: a gőznyomás alacsonyabb, a forráspont magasabb, a fagyáspont alacsonyabb és van ozmózisnyomása. ΔTforr = mB·ΔTm,forr ΔTfagy = mB·ΔTm,fagy  = c·R·T

18 Szakirodalom Tankönyv (általános vegyipari technikusi szak részére)
Dr. KOPCSA József: Fizikai kémia (technikusképzés, III. és IV. évf. számára) Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1998.