Chemia fizyczna [W4-TC-S1-4-CF] semestr letni 2021/2022
Laboratorium, grupa nr 1

1. P.W. Atkins, Chemia fizyczna, Wyd. Naukowe PWN, Warszawa, 2007,

2. H. Buchowski, W. Ufnalski, Podstawy termodynamiki, wykłady z chemii fizycznej, WNT, Warszawa,

1998,

3. H. Buchowski, W. Ufnalski, Gazy ciecze płyny, wykłady z chemii fizycznej, WNT, Warszawa, 1994,

4. H. Buchowski, W. Ufnalski, Roztwory, wykłady z chemii fizycznej, WNT, Warszawa, 1998,

5. L. Sobczyk, A. Kisza, K. Gatner, A. Koll, Eksperymentalna chemia fizyczna, PWN, Warszawa, 1982,

6. Platforma zdalnego nauczania: http://el.us.edu.pl/upgow/course/category.php?id=9.

7. K. Pigoń, Z. Ruziewicz, Chemia fizyczna, PWN, Warszawa, 2006,

8. A. Kisza, Elektrochemia. Jonika I, wykłady z chemii fizycznej, WNT, Warszawa, 2000,

9. A. Kisza, Elektrochemia. Elektrodyka II, wykłady z chemii fizycznej, WNT, Warszawa, 2001.

10. L. Komorowski, A. Olszowski, Chemia fizyczna 4, Laboratorium fizykochemiczne, PWN, Warszawa, 2013.

I. Równowagi fazowe – podstawowe pojęcia i równowagi w układach jednoskładnikowych

1. Pojęcie fazy termodynamicznej. Składniki niezależne. Liczba składników.

2. Wielkości intensywne i ekstensywne. Potencjały termodynamiczne. Potencjał chemiczny.

3. Równanie Gibbsa – Duhema.

4. Równowaga termodynamiczna w układzie złożonym. Reguła faz.

5. Przemiany fazowe I i II rodzaju.

6. Diagramy fazowe. Układy jednoskładnikowe. Układy enancjotropowe i monotropowe. Metody eksperymentalnego wyznaczania diagramów fazowych.

7. Stan szklisty. Temperatura zeszklenia

II. Równowagi w układach wieloskładnikowych. Równowaga adsorpcyjna i równowaga wymiany jonowej

1. Układy dwuskładnikowe. Równowagi ciecz – para (zeotropy, azeotropy, destylacja), ciecz – ciecz oraz ciecz – ciało stałe (eutektyki, roztwory stałe, związki cząsteczkowe).

2. Układy trójskładnikowe. Trójkąt fazowy Gibbsa.

3. Prawo podziału Nernsta. Ekstrakcja. Równanie ekstrakcji wielokrotnej.

4. Przemiany fazowe. Warunki równowagi i stabilności (stabilność mechaniczna, stabilność termiczna i stabilność względem dyfuzji).

5. Równowaga absorpcyjna. Rozpuszczalność gazów w rozpuszczalniku ciekłym.

6. Adsorpcja gaz-ciało stałe. Adsorpcja z roztworu. Izotermy adsorpcji (Langmuira, Freundlicha, BET)

7. Jonity. Wymiana jonowa.

III. Termodynamika i termochemia

1. Energia, praca, układ. Definicja, pomiar temperatury i ciśnienia.

2. Zasady termodynamiki (0, I, II). Energia wewnętrzna. Entalpia. Entropia.

3. Równania stanu – relacje pomiędzy temperaturą, objętością i ciśnieniem układu. Termodynamiczna skala temperatury.

4. Efekty cieplne przemian termodynamicznych (przemian fazowych i reakcji chemicznych). Równania termochemiczne.

5. Pomiary efektów cieplnych. Kalorymetria – podstawowe pojęcia. Pojemność cieplna. Prawo Hessa i prawo Kirchhoffa.

6. Pośrednie wyznaczanie zmian entalpii i energii wewnętrznej przemian termodynamicznych na podstawie znajomości standardowych ciepeł tworzenia i ciepeł spalania. Obliczanie zmian entalpii i energii wewnętrznej dla różnych temperatur.

IV. Elektrochemia i procesy elektrodowe

1.Elektryczna warstwa podwójna, potencjały elektrostatyczne Volty i Galvaniego, potencjał powierzchniowy, potencjał elektrochemiczny, różnica potencjałów na granicy faz.

2.Ogniwa elektrochemiczne (SEM –siła elektromotoryczna ogniwa, powinowactwo reakcji elektrochemicznej, entalpia swobodna, entalpia i entropia reakcji)

3.Typy półogniw elektrochemicznych.

4.Typy ogniw elektrochemicznych. Ogniwo, jakoźródło prądu elektrycznego.

5.Zastosowania pomiarów SEM: wyznaczanie aktywności, iloczynu rozpuszczalności, miareczkowanie potencjometryczne.

6.Elektroliza. Prawa elektrolizy.

7.Polaryzacja elektrod: polaryzacja anodowa i katodowa, prąd wymiany.

8.Nadnapięcie.

9.Pasywacja metali, korozja.

V. Roztwory elektrolitów

1.Przewodnictwo elektryczne ciał stałych: przewodniki metaliczne i półprzewodniki.

2.Przewodnictwo elektrolityczne: właściwe i równoważnikowe (graniczne przewodnictwo równoważnikowe).

3.Liczby przenoszenia i ruchliwość jonów. Metody wyznaczania liczb przenoszenia.

4.Aktywność w roztworach. Prawo siły jonowej. Atmosfera jonowa.

5.Teorie przewodnictwa elektrolitycznego: teoria Arrheniusa, teoria Debye’a –Hückela –Onsagera, równanie

Debye’a –Hückela-Brönsteda. Asocjacja jonów.

6.Rodzaje równowag ustalających się w roztworach elektrolitów

VI. Termodynamika roztworów

1.Roztwory i ich klasyfikacja. Opis termodynamiczny roztworów.

2.Aktywność, współczynnik aktywności składnika w roztworze rzeczywistym -symetryczny i niesymetryczny układ odniesienia.

3.Funkcje nadmiarowe. Funkcje mieszania.

4.Cząstkowe wielkości molowe.

5.Funkcje termodynamiczne układów chemicznych

pogadanka, dyskusja, ćwiczenia

Podstawą zaliczenia ćwiczeń laboratoryjnych jest zaliczenie wszystkich elementów zajęć. Ocena końcowa z ćwiczeń laboratoryjnych jest średnia ważoną ocen z kolokwiów teoretycznych, sprawozdań i oceniania ciągłego:

ocena końcowa = 0.6 x kol.teoret + 0.3 x spraw. + 0.1 x ocen.ciągłe

Kolokwium teoretyczne (ustne lub pisemne):

Student otrzymuje zestaw 3-5 pytań/problemów do rozwiązania. Odpowiedź ustna trwa od 15 do 20 minut i polega na odpowiedzi na pytania oraz dyskusji z prowadzącym. Odpowiedź pisemna trwa około 30 minut i polega na odpowiedzi na pytania oraz rozwiązaniu wszystkich zawartych w zestawie zadań.

Ocenianie ciągłe:

Na ocenianie ciągłe składa się krótkie kolokwium wstępne, umiejętność przygotowania aparatury pomiarowej, poprawność wykonania ćwiczenia oraz znajomość odpowiedzi na pytania dotyczące wykonywanego ćwiczenia zadawane w trakcie zajęć.

Krótkie kolokwium wstępne - czas trwania ok. 5 minut na początku zajęć, podczas którego student otrzymuje 2 pytania dotyczące praktycznych i teoretycznych aspektów wykonania ćwiczenia.

Sprawozdanie:

Sprawozdanie pisemne z wykonanego ćwiczenia student sporządza w oparciu o wytyczne w instrukcji ćwiczenia z pomocą podanej literatury przedmiotu.

Sprawozdanie powinno zawierać następujące elementy: wstęp teoretyczny związany z realizowanym zagadnieniami, opis metodyki oraz sposobu postępowania podczas pomiarów, opracowanie wyników pomiarów ich analizę, rachunek błędów oraz analizę statystyczną, porównanie z literaturą oraz dyskusję wyników i wnioski.

Student składa sprawozdanie pisemne prowadzącemu laboratorium w terminie do 2 tygodni od dnia wykonania ćwiczenia. Prowadzący do dwóch tygodni informuje studenta o jego zaliczeniu bądź konieczności poprawy. Student składa poprawione sprawozdanie w terminie jednego tygodnia. Student ma możliwość dwukrotnej poprawy. Po dwukrotnym zwrocie sprawozdania, student zobowiązany jest do ponownego wykonania ćwiczenia.

Kryteria ocen dla sprawozdań:

Ocena bardzo dobra - samodzielnie wykonane sprawozdanie zawiera wszystkie konieczne elementy. Student samodzielnie opisuje zjawiska fizykochemiczne, korzysta swobodnie z wiedzy z innych dziedzin chemii oraz fizyki, matematyki i rachunku błędów, potrafi wskazać źródła rozbieżności i błędów; sprawozdanie nie zawiera błędów, jest wykonane bardzo starannie od strony edytorskiej,

Ocena dobra plus - samodzielnie wykonane sprawozdanie zawiera wszystkie konieczne elementy. Student samodzielnie opisuje zjawiska fizykochemiczne, korzysta swobodnie z wiedzy z innych dziedzin chemii oraz fizyki, matematyki i rachunku błędów, potrafi wskazać źródła rozbieżności i błędów; sprawozdanie zawiera nieliczne błędy edytorskie,

Ocena dobra - samodzielnie wykonane sprawozdanie zawiera wszystkie konieczne elementy. Student opisuje zjawiska fizykochemiczne, korzysta z wiedzy z innych dziedzin chemii oraz fizyki, matematyki i rachunku błędów, potrafi wskazać źródła rozbieżności i błędów; sprawozdanie zawiera nieliczne błędy,

Ocena dostateczna plus - sprawozdanie zawiera wszystkie konieczne elementy. Student opisuje zjawiska fizykochemiczne z pomocą prowadzącego, po konsultacjach wykorzystuje również wiedzę z innych dziedzin chemii oraz fizyki, matematyki i rachunku błędów, potrafi wskazać źródła rozbieżności i błędów; sprawozdanie zawiera błędy, które zostają wyeliminowane po konsultacjach z prowadzącym,

Ocena dostateczna - sprawozdanie zawiera wszystkie konieczne elementy. Student opisuje zjawiska fizykochemiczne z pomocą prowadzącego, po konsultacjach wykorzystuje również wiedzę z innych dziedzin chemii oraz fizyki, matematyki i rachunku błędów; sprawozdanie zawiera błędy, które zostają wyeliminowane po konsultacjach z prowadzącym,

Ocena niedostateczna- sprawozdanie nie jest kompletne, student nie rozumie i nie potrafi przeprowadzić podstawowych obliczeń fizykochemicznych.

Kryteria ocen dla oceniania ciągłego:

Ocena bardzo dobra - student samodzielnie wykonuje ćwiczenie konsultując się z prowadzącym tylko w momentach istotnych dla poprawnego przebiegu ćwiczenia; zna i rozumie realizowane zagadnienie, działanie aparatury, metodykę pomiaru. Prawidłowo planuje i wykonuje eksperyment, na bieżąco ocenia zgodność otrzymanych wyników z intuicją.

Ocena dobra - student wykonuje ćwiczenie konsultując się z prowadzącym w miarę potrzeby. Zna i rozumie realizowane zagadnienie, działanie aparatury, metodykę pomiaru. W miarę prawidłowo planuje i wykonuje eksperyment, na bieżąco ocenia zgodność otrzymanych wyników z intuicją po konsultacji z prowadzącym,

Ocena dostateczna - student wykonuje ćwiczenie po konsultacjach z prowadzącym. Rozumie realizowane zagadnienie, działanie aparatury, metodykę pomiaru. W miarę prawidłowo planuje i wykonuje eksperyment, na bieżąco ocenia zgodność otrzymanych wyników z intuicją po konsultacji z prowadzącym,

Ocena niedostateczna - student nie jest w stanie prawidłowo wykonać ćwiczenia nawet po konsultacji z prowadzącym.

4 sem. Technologii Chemicznej