Ez mit jelent? Ahány könyv annyi interpretáció, annyi diszciplína kerül bele.



Hasonló dokumentumok
Ez mit jelent? Ahány könyv annyi interpretáció, annyi diszciplína kerül bele.

FIZIKA. 10. évfolyamos vizsga

Elméleti zika 2. Klasszikus elektrodinamika. Bántay Péter. ELTE, Elméleti Fizika tanszék

FIZIKA NYEK reál (gimnázium, óra)

A tanári mesterszak pedagógiai - pszichológiai egysége

Az osztályozó vizsgák tematikája fizikából évfolyam 2015/2016. tanév

Erőművi kazángépész Erőművi kazángépész

Axiomatikus felépítés az axiómák megalapozottságát a felépített elmélet teljesítképessége igazolja majd!

BŐVÍTETT TEMATIKA a Kondenzált anyagok fizikája c. tárgyhoz

Gimnázium-szakközépiskola Fizika (emelt szintű érettségi előkészítő)

Termodinamika és statisztikus mechanika. Nagy, Károly

A TERMODINAMIKA I. AXIÓMÁJA. Egyszerű rendszerek egyensúlya. Első észrevétel: egyszerű rendszerekről beszélünk.

FIZIKA I. RÉSZLETES VIZSGAKÖVETELMÉNYEK

Reológia Nagy, Roland, Pannon Egyetem

A FIZIKA KÖZÉPSZINTŰ SZÓBELI ÉRETTSÉGI VIZSGA TÉTELEINEK TÉMAKÖREI MÁJUSI VIZSGAIDŐSZAK

A természetes folyamatok iránya (a folyamatok spontaneitása)

Bevezetés és gyakorlati tanácsok Az első lépés minden tudomány elsajátítása felé az, hogy megértjük az alapjait, és megbízható tudást szerzünk

EMLÉKEZÉS AZ ELTE TTK ELMÉLETI FIZIKAI TANSZÉKÉNEK EGYKORI TANÁRAIRA

mélységben elsajátítatni. Így a tanárnak dönteni kell, hogy mi az, amit csak megismertet a fiatalokkal, és mi az, amit mélyebben feldolgoz.

mélységben elsajátítatni. Így a tanárnak dönteni kell, hogy mi az, amit csak megismertet a fiatalokkal, és mi az, amit mélyebben feldolgoz.

Az energia bevezetése az iskolába. Készítette: Rimai Anasztázia

- az egyik kiemelked fontosságú állapotjelz a TD-ban

Rendezetlen kondenzált fázisok tulajdonságainak vizsgálata számítógépes szimulációs módszerekkel

Anyagmérnöki alapképzési szak

A TételWiki wikiből. Tekintsük a következő Hamilton-operátorral jellemezhető rendszert:

Bevezető megjegyzések

Futball Akadémia évf. Fizika

OSZTÁLYOZÓ VIZSGA TÉMAKÖREI

Új kötőanyagrendszer előállítása ipari hulladékanyag mechanokémiai aktiválásával

Fizika évfolyam

HIDRAULIKAI SZÁMÍTÁSOK AZ ÉPÜLETGÉPÉSZETBEN ÉS AZ ENERGETIKÁBAN

A továbbhaladás feltételei fizikából és matematikából

Kémiai és fizikai kémiai ismeretek és számítások

Gimnázium-szakközépiskola 12. Fizika (Közép szintű érettségi előkészítő)

Környezeti kémia: A termodinamika főtételei, a kémiai egyensúly

Követelmények: f - részvétel az előadások 67 %-án - 3 db érvényes ZH (min. 50%) - 4 elfogadott laborjegyzőkönyv

Anyagmérnöki alapképzési szak

Evans-Searles fluktuációs tétel

a klasszikus statisztikus fizika megalapozása

NYUGAT-MAGYARORSZÁGI EGYETEM Faipari Mérnöki Kar. Mőszaki Mechanika és Tartószerkezetek Intézet. Dr. Hajdu Endre egyetemi docens MECHANIKA I.

EXAMENUL DE BACALAUREAT

Részletes szakmai beszámoló

Anyagszerkezettan vizsgajegyzet

19. TERMIKUS ANALÍZIS


Egy nem létező könyv. Fényes Imre: A termodinamika alapjai Akadémiai Kiadó, Budapest, Köszönet: Szőkefalvi-Nagy Zoltán, Lukács Árpád

Matematika 9. nyelvi előkészítő évfolyam. 1 óra/hét (37 óra) Kiselőadások tartása, interjúk készítése (matematikatörténeti

2. Az alacsony feszültségű elektroporátor (LVEP) fenomenologikus modellje

Gépészmérnöki alapképzési szak

FIZIKA. Általános érettségi tantárgyi vizsgakatalógus Splošna matura

Összesített Tanterv a 8 osztályos gimnáziumi részhez Fizikából FIZIKA TANTERV 7-8. évfolyam. Készítette: Bülgözdi László és Juhász Róbert

S T A T I K A. Az összeállításban közremûködtek: Dr. Elter Pálné Dr. Kocsis Lászlo Dr. Ágoston György Molnár Zsolt

A FIZIKA KÖZÉPSZINTŰ SZÓBELI VIZSGA TÉMAKÖREI ÉS KÍSÉRLETEI Témakörök

Matematika. Specializáció évfolyam

5. Sók oldáshőjének meghatározása kalorimetriás módszerrel. Előkészítő előadás

ÉRETTSÉGI TÉMAKÖRÖK IRODALOM

Az Országos Közoktatási Intézet keretében szervezett obszervációs vizsgálatok

MTA DOKTORI ÉRTEKEZÉS

Vegyipari és Petrolkémiai Technológiák

Tantárgy kódja Meghirdetés féléve Kreditpont Összóraszám (elm+gyak) Előfeltétel (tantárgyi kód)

Szupernova avagy a felrobbanó hűtőgép

5. modul Járművillamosság, elektronika

Záróvizsga követelmények (Vegyész mesterképzési szak)

A 2011/2012. tanévi FIZIKA Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny első fordulójának feladatai és megoldásai fizikából. I.

Ha vasalják a szinusz-görbét

Munka- és energiatermelés. Bányai István

ALKALMAZOTT FIZIKAI KÉMIA

Fizikai kémia és radiokémia labor II, Laboratóriumi gyakorlat: Spektroszkópia mérés

Evans-Searles fluktuációs tétel Crooks fluktuációs tétel Jarzynski egyenlőség

? Az adszorbens által megkötött mennyiség = x, X: telítettség, töltés, kapacitás. Adszorpció. m kg. A kötőerők

Nemzeti alaptanterv 2012 EMBER ÉS TERMÉSZET

A REAKCIÓKINETIKA ALAPJAI

Zárójelentés. Célul tűztük ki a szilárd adalékanyagok (ható és segédanyagok) hatásának vizsgálatát mind a

TANTÁRGYLEÍRÁS. 6. Az ismeretek, készségek és kompetenciák elsajátításához rendelkezésre álló segédanyagok Szakirodalom, jegyzet, oktatási segédlet.

Műszaki hőtan I. ellenőrző kérdések

TERMÉSZETISMERET A és B variáció

Alacsony- és Közepes- Hımérséklető Anyagvizsgáló Labor (M133-M134)

ENERGETIKAI AXIÓMARENDSZEREN NYUGVÓ RENDSZERELMÉLET I. KÖTET.

Árpád Fejedelem Gimnázium és Általános Iskola Megyervárosi Iskola 9. ÉVFOLYAM. 1. Atomszerkezeti ismeretek

TANTERV. A évfolyam emelt szintű fizika tantárgyához. 11. évfolyam: MECHANIKA. 38 óra. Egyenes vonalú egyenletes mozgás kinematikája

A. ZDRAVOMISZLOV: A SZOCIOLÓGIAI KUTATÁSOK MÓDSZERTANA

A vizsgafeladat ismertetése: Hegesztett termék előállításának ismertetése, különös tekintettel a munkabiztonsági és környezetvédelmi ismeretekre.

EGYTENGELYŰ EREDŐ REOLÓGIA, ÉS RELAXÁCIÓ MINT

ELEKTROMOSAN TÖLTÖTT RÉSZECSKÉKET TARTALMAZÓ HOMOGÉN ÉS HETEROGÉN RENDSZEREK A TERMODINAMIKÁBAN

Fekvekezelés, négykezes kezelés

MATEMATIKA TANTERV Bevezetés Összesen: 432 óra Célok és feladatok

KONDUKTOMETRIÁS MÉRÉSEK

a textil-szövet hosszirányú szálainak és a teljes szálmennyiségnek a térfogati aránya,

Az IVSZ.HU portál értékelése használhatósági szempontból

A 2. fejezet (68 oldal) a határfelületek mikroszkopikus tulajdonságaival kapcsolatos eredményeket összegzi. A 4 alfejezet mindegyike szakirodalmi

EGÉSZTESTSZÁMLÁLÁS. Mérésleírás Nukleáris környezetvédelem gyakorlat környezetmérnök hallgatók számára

2. A hőmérő kalibrálása. Előkészítő előadás

01-es tagozatkód felvételi tárgyai: biológia, kémia, fizika, földrajz

MŰANYAGOK A GÉPJÁRMŰIPARBAN

Kvantum termodinamika

KÉMIA MOZAIK évfolyam KERETTANTERVRENDSZER A GIMNÁZIUMOK SZÁMÁRA NAT Készítette: Dr. Siposné dr. Kedves Éva

TECHNOLÓGIAI KULCSSZAVAK. 1. ELEKTRONIKA, INFORMÁCIÓS TECHNOLÓGIA (angol nyelvő rövidítés: IT) ÉS TÁVKÖZLÉS

DNS, RNS, Fehérjék. makromolekulák biofizikája. Biológiai makromolekulák. A makromolekulák TÖMEG szerinti mennyisége a sejtben NAGY

1. gy. SÓ OLDÁSHŐJÉNEK MEGHATÁROZÁSA. Kalorimetriás mérések

7. előadás

Átírás:

BEVEZETÉS TÁRGY CÍME: FIZIKAI KÉMIA Ez mit jelent? Ahány könyv annyi interpretáció, annyi diszciplína kerül bele. Ebben az eladásban: a fizika alkalmazása a kémia tárgykörébe es fogalmak magyarázatára. Ebben az értelemben az alapösszefüggések felderítése a célja. Kémia más ágai is ismertek: szervetlen kémia, szerves kémia, analitikai kémia, biokémia, radiokémia, stb. Fizikai kémia: - széles terület - ebbl két félév alatt a következket tanulmányozzuk: a) termodinamika (I. félév) b) kinetika (II. félév) c) elektrokémia (II. félév) Mi hiányzik? - kvantumkémia - spektroszkópia - makromolekulák, kolloid rendszerek fizikai kémiája - stb St! Ha vizsgálataink módszerét is tekintjük kimarad például a statisztikus mechanika vagy a molekuláris dinamika is. Mi kerül sorra tehát ebben a félévben? TERMODINAMIKA Figyelem: ezt a tudományterületet legalább háromszor (különböz irányból közelítve) tanulja meg egy átlagos kémikus! I/1

TERMODINAMIKA Mivel foglalkozik a termodinamika? Makroszkopikus objektumok vizsgálatával, de nem egészen úgy ahogy más klasszikus tudományágak! Eligazodási pontok: 1. A makroszkopikus objektumok részecskeszáma 10 23 nagyságrend. 2. A fizikai tulajdonságok térben és idben is kiátlagolódnak. 3. Makroszkopikus méreszközeink csak az átlagolódás után létrejöv makroszkopikus, idtl független (statikus) koordináták tulajdonságainak mérésére alkalmasak. Például a klasszikus mechanika az ún. mechanikai koordináták viselkedésének pontos jellemzésével, jóslásával foglalkozik. Eszközei: a Newton-törvények. Például a klasszikus elektrodinamika az ún. elektromágneses koordináták viselkedésének pontos jellemzésével, jóslásával foglalkozik. Eszközei: a Maxwell egyenletek. A klasszikus termodinamika ezzel szemben az összes többi átlagolódó (a mérés számára eltn), általános koordináta (a termikus koordináták) jellemzésével, az átlagolódás makroszkopikus következményeivel foglalkozik! Nem bizonyos tulajdonságok pontos jóslásával foglalkozik, hanem a folyamatok megengedhetségének, végbemenetelének megjóslásával! Eszközei általában egyenltlenségek! Összefoglalva a klasszikus termodinamika: - makroszkopikus objektumok - általános (termikus) koordinátáinak jellemzése - egyenltlenségekkel foglalkozik. I/2

Termodinamika megközelítése: Pontosítás: - mikroszkopikus szerkezet figyelembe vétele nélkül, csak testekrl beszélve fenomenologikus termodinamika (történeti) - molekuláris szerkezet figyelembe vételével statisztikus termodinamika: a mechanika, elektrodinamika + statisztika segítségével szemlélteti ugyanazokat a fogalmakat, mint a fenomenologikus termodinamika. Termodinamika (TD): egyensúlyi rendszerek (testek), reverzibilis folyamatok vizsgálata. Pontosabb elnevezése termosztatika. Nem-egyensúlyi rendszerek irreverzibilis folyamatok vizsgálata: ez a pontos értelemben vett termodinamika területe! Egyensúly, reverzibilis, irreverzibilis folyamatok: késbb tárgyaljuk! Mi a termodinamika kifejezést a fenti nem túl pontos értelemben használjuk majd (túlnyomórészt a termosztatika helyett). Közelítésünk legtöbbször fenomenologikus lesz, de a mikroszkopikus hátteret sem felejtjük majd el! I/3

ALAPFOGALMAK Rendszer, környezet, fal Termodinamikai rendszerekrl (testekrl) fogunk beszélni. Rendszer (R): vizsgált anyagok összessége Ami a rendszerhez nem tartozik: környezet (K) Rendszer és környezete: valóságos vagy képzelt fallal van elválasztva. Fal (F): határ, amely már nem tartozik a rendszerhez. Biztosítja a rendszer és a környezet kapcsolatát. Bizonyos dolgok átjuthatnak a falon, R és K között. energia (h vagy munka, késbb!) anyag elektromos töltés Ha nincs K-R kapcsolat átmenet nem lehetséges: a fal merev és adiabatikus, a rendszer izolált. Ez egy idealizált határeset. Egyelre: Ha anyagátmenet nem lehetséges, de a rendszer észlelhet állapota mégis változik, akkor a fal valamilyen dolgot mégis átenged. Ez a zárt rendszer. [Pontosabban: Ha csak munkavégzés változtathatja meg a rendszer állapotát: a fal nem-merev, de adiabatikus. A rendszer zárt, adiabatikus. Ha munkavégzés nem változtathatja meg a rendszer állapotát, az mégis megváltozhat: a fal merev és diatermális. A rendszer zárt, nem-adiabatikus. Ha van K-R kapcsolat, energiaátmenet lehetséges, munkával is, hvel is: a fal nem-merev és diatermális vagy nemadiabatikus. A rendszer zárt és nem-adiabatikus.] Ha van K-R kapcsolat és anyagátmenet is van: fal nincs, vagy csak hipotetikus (esetleg félig-átereszt hártya). A rendszer nyitott. I/4

A rendszer jellemzinek bevezetése Homogén vs. inhomogén rendszer: ha a rendszert jellemz fizikai mennyiségek értéke független vagy függ a helytl. Heterogén rendszer: alrendszerekbl áll, melyek között a fizikai tulajdonságok ugrásszeren változnak a bels határfelületeken. Izotróp vs. anizotróp rendszer: bizonyos fizikai mennyiségek értéke független vagy függ a rendszerben kiválasztott iránytól. Pl. mechanikában egy adott irányban ható er hatására létrejöv deformáció. Fázis: a rendszer azonos kémiai tulajdonságú részei. Pontosabban: rendszerünkben a bels határfelületekkel elválasztott homogén vagy inhomogén alrendszerek. A termodinamikában foglalkozunk heterogén rendszerekkel, de a rendszert alkotó fázisok maguk homogén, izotróp fázisok. Fázisok számának jelölése: F Mibl áll egy fázis? Kémiai komponensekbl. Komponensek száma (K): egymástól kémiailag függetlenül létez anyagfajták száma. Például vízben: H 2 O, H 3 O +, OH -, 3 spéciesz, de 1 komponens! F=1, K=1 Már elre jelzem: a termodinamikában K és F kapcsolatba hozható az ún. Gibbs-féle fázisszabály segítségével: Sz=K-F+2 Sz: a termodinamikai rendszer szabadsági fokainak száma. Jelentésével késbb megismerkedünk! I/5

Összefoglalva a vizsgált rendszereink kiindulópontja: egyfázisú, egykomponens, kémiailag inert, izotróp rendszert vizsgálunk, melynek felülete elhanyagolható a rendszer méreteihez képest, valamint a rendszerre nem hat küls tér (gravitációs vagy elektromágneses). a TD formalizmusát ilyen egyszer rendszereken dolgozzuk ki Késbb a megkötéseket fokozatosan lazítjuk! - több fázis (fázisegyensúly) - több komponens (anyagátmeneti egyensúly) - kémiai reakció (reakció egyensúly) - a felület már nem elhanyagolható (felületi jelenségek, felületi feszültség) - elektromos töltés is van jelen (elektrokémia) I/6

A RENDSZER KVANTITATÍV JELLEMZÉSE A rendszerrl történ információszerzés méréssel történik. A rendszer jellemzésére az egyszeren mérhet, jól definiált fizikai mennyiségek alkalmasak. Ilyen mennyiségek az ÁLLAPOTJELZK, melyek a rendszer makroszkopikus jellemzését adják. Példák: - p: nyomás - V: térfogat - T: hmérséklet (definíciója nem triviális!) - m: tömeg - n: anyagmennyiség - c B, x B, m B : összetételi változók (több komponens rendszerek) - q: elektromos töltés - : reakciókoordináta - A: felület Állapotjelzk közötti függvénykapcsolat neve: ÁLLAPOTEGYENLET. Az állapotjelzk zömét korábbi tanulmányainkból már ismerjük. - p, m, V, (m/v=), A: ismert - T: ismertnek látszik, de definiálnunk kell! - n: anyagmennyiség (vigyázat! A mólszám elnevezés helytelen!). Mértékegysége a mól, jele a mol. - x, c, m: móltört, mólkoncentráció vagy molaritás, molalitás - q: töltés, mértékegysége a C. - : reakciókoordináta. Mértékegysége a mól, jele a mol. I/7

A reakciókoordinátára szükségünk lesz a kémiai reakciók egyensúlyának tárgyalásánál, majd természetesen a reakciókinetikánál is. 1. Példa egy kémiai reakcióra: 2A+3B=4C 2. Átrendezés a jobb oldalra: 0=4C-2A-3B 3. Általános alakban egy kémiai reakció általános egyenlete: 0 = ν M i i i M i : a reakcióban résztvev i-ik kémiai spéciesz kémiai szimbóluma, i : az M i kémiai spéciesz sztöchiometriai száma. Elz példánkban: 1 =4, M 1 =C, termék, sztöchiometriai száma pozitív 2 =-2, M 2 =A, reaktáns, sztöchiometriai száma negatív 3 =-3, M 3 =B, reaktáns, sztöchiometriai száma negatív 4. Szükségünk van egy mennyiségre, mely a reakció elrehaladtát jelzi. Erre a célra az anyagmennyiség változása nem megfelel. Induljunk ki 2 mol A-ból és 3 mol B-bl. Azaz n A,0 =2 mol, n B,0 =3 mol Reagáljon el 1 mol A! n A = n A -n A,0 =-1 mol n B = n B -n B,0 =-1,5 mol n C = n C -n C,0 =2 mol Három különböz érték! I/8

5. Sokkal jobb a = n i / i mennyiség! A-ra: = -1 mol/ -2=0,5 mol B-re: = -1,5 mol/ -3=0,5 mol C-re: = +2 mol/ +4=0,5 mol Mindhárom reakcióban résztvev komponensre azonos értéket kapunk, mely jellemzi a reakció elrehaladtát! 6. -t definiálhatjuk bármely referencia résztvevre: n i n i,0 ξ = ν, i ahol n i,0 az i-ik kémiai spéciesz kiindulási anyagmennyisége n i az i-ik kémiai spéciesz pillanatnyi anyagmennyisége Állapotjelzk nem elégségesek a termodinamikai leíráshoz! Ugyanis a termodinamika nemcsak egy bizonyos állapotjelzkkel jellemzett állapot leírását adja meg, hanem azt is, hogy a rendszerben lesz-e (lehet-e) változás, mely az állapotjelzk megváltozásában jelentkezik. Például lehet-e egy reaktorban adott kémiai komponensek elegyítése után kémiai reakció? Ha igen, milyen energiaváltozások történnek a rendszerben? Ezek a változások felhasználhatóak-e munka végzésére és hogyan? Az ilyen kérdések megválaszolásához nem elégségesek az állapotjelzk! Új termodinamikai paraméterekre lesz szükségünk! Egy ilyen mennyiséget máris bevezetünk! Ebbl a mennyiségbl indulunk ki, tanulmányozzuk, s vezetünk majd be számos új, hasznos mennyiséget. Ez a BELS ENERGIA, amit egyelre ismertnek tételezünk fel. Jele U, mértékegysége Joule. U nem egyszeren állapotjelz. Hogy pontosan mi, azt késbb derítjük ki! I/9

Elbb csoportosítsuk termodinamikai állapotjelzinket! - extenzív mennyiségek: a rendszer méretétl függ, nem kiegyenlítd mennyiségek. Ilyenek: V, A, m, n, q,, (+U!) - intenzív mennyiségek: a rendszer méretétl nem függenek, kiegyenlítd mennyiségek. c B, x B, m B, p, T, + moláris mennyiségek Moláris mennyiségek = extenzív mennyiség/anyagmennyiség Jele általában X m, ahol X az extenzív mennyiség jele, pl. V m, moláris térfogat. Kivétel a moláris tömeg. Jele: M. - Kolligatív tulajdonságok: csak a rendszert alkotó anyagok anyagmennyiségétl függenek! Példa: fagyáspont-csökkenés, ozmózisnyomás. I/10