Detail předmětu
Chemická termodynamika a kinetika
FSI-WCT Ak. rok: 2023/2024 Zimní semestr
Kurz 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
4
Garant předmětu
Zajišťuje ústav
Vstupní znalosti
Student potřebuje středoškolské znalosti matematiky a fyziky, a základní poznatky z chemie obecné, anorganické a organické minimálně na úrovni středoškolské.
Pravidla hodnocení a ukončení předmětu
Podmínkami udělení zápočtu jsou účast ve cvičeních a splnění písemných testů. 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.
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.
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.
Student získá základní znalosti klasické chemické termodynamiky a kinetiky vybraných inženýrských procesů, pochopí jejich logickou výstavbu a naučí se je využívat při řešení inženýrských zadání a používat přitom literárních zdrojů a databází.
Použití předmětu ve studijních plánech
Program N-MTI-P: Materiálové inženýrství, magisterský navazující, povinný
Typ (způsob) výuky
Přednáška
26 hod., nepovinná
Vyučující / Lektor
Osnova
1.Struktura chemické termodynamiky: Klasifikace termodynamických systémů, proměnných a vztahů. Kritéria rovnováhy.
2. Termodynamické zákony: 1., 2. a 3. zákon termodynamiky.
3. Termodynamické vztahy a proměnné. Obecná strategie pro odvození termodynamických vztahů.
4. Rovnováha v termodynamických systémech: Obecné kritérium a obecné podmínky pro odvození termodynamické rovnováhy. Gibbsovo fázové pravidlo.
5. Jednosložkové heterogenní systémy. Jednosložkové fázové diagramy v (p,T) prostoru. Clausius – Clapeyronova rovnice.
6. Vícesložkové, homogenní nereagující systémy – roztoky. Parciální molární vlastnosti. Chemický potenciál ve vícesložkových systémech.
7. Vícesložkové heterogenní nereagující systémy. Popis vícefázových, vícesložkových, nereagujících systémů. Ideální roztoky, Raoultův zákon. Podmínky rovnováhy.
8. Vícesložkové, vícefázové reagující systémy: Reakce ve vícefázových systémech. Složky a sloučeniny ve fázových diagramech. Van’t Hoffova izoterma a její aplikace v materiálovém inženýrství.
9. Podmínky rovnováhy v systémech se zakřivenými povrchy. Kapilární jevy. Hranice zrn.
10. Kinetika a dynamika dějů v tuhé fázi. Transportní děje v tuhých látkách. Difuze. Aktivační energie difúzního děje.
11. Slinování a růst zrn. Slinování v tuhé a kapalné fázi. Modely slinování.
12. Slinování a růst zrn. Slinování v přítomnosti tlaku. Růst zrn
13. Shrnutí témat ke zkoušce
Laboratorní cvičení
14 hod., povinná
Vyučující / Lektor
Osnova
1. Experimentální práce – FSI
2. Experimentální práce – CEITEC
Cvičení s počítačovou podporou
12 hod., povinná
Osnova
- Úvodní neklasifikovaný test, chemické názvosloví
- Chemické rovnice, výpočty podle chemických rovnic
- Oxidačně redukční rovnice
- Termochemie – tepelné kapacity, reakční tepla
- Termochemie – závislost reakčního tepla na teplotě
- První písemný test
- Závislost Gibbsovy energie na teplotě
- Clapeyronova, Claussius-Clapeyronova rovnice
- Soustavy o více složkách, vyjadřování složení
- Povrchová energie, Laplaceův zákon
- Druhý písemný test