FIZIKAI KÉMIA KOHÓMÉRNÖK MESTERKÉPZÉS LEVELEZŐ TANTÁRGYI KOMMUNIKÁCIÓS DOSSZIÉ MISKOLCI EGYETEM MŰSZAKI ANYAGTUDOMÁNYI KAR KÉMIAI TANSZÉK Miskolc, 2008.
Tartalomjegyzék 1. Tantárgyleírás, tárgyjegyző, óraszám, kreditérték 2. Tantárgytematika (órára lebontva) 3. Minta zárthelyi 4. Vizsgakérdések, vizsgáztatás módja 5. Egyéb követelmények
1. TANTÁRGYLEÍRÁS TANTÁRGYLEÍRÁS A tantárgy címe: A tantárgy kódja: MAKKEM206ML Fizikai kémia Tantárgyfelelős neve: Dr. Emmer János Félévi óraszám: 8k+4 Kreditek száma: 3 A tantárgy típusa: Kohómérnöki mesterszak Kompenzációs blokk: nem kémiás alapképzettség A tantárgy felvételének előfeltétele: Tantárgy gondozó intézmény: MISKOLCI EGYETEM Műszaki Anyagtudományi Kar Kémiai Tanszék A tantárgy célja: A termodinamika témaköréből azoknak az ismereteknek az elsajátítása, amelyek elengedhetetlenek a kohómérnöki mesterképzés szaktárgyainak megalapozásához. A tantárgy leírása: Anyagi rendszerek. A kémiai termodinamika alaptörvényei. A kémiai termodinamika alaptörvényeinek alkalmazása gáz, gőz, folyadék, olvadék és szilárd egykomponensű rendszerekre. Elegyfázisok kémiai termodinamikája, homogén és heterogén elegyfázisok. Kémiai reakciók és fázisátmeneti folyamatok egyensúlyi viszonyai. Homogén és heterogén egyensúlyok számítása. Két és többkomponensű rendszerek fázisdiagramjai. Követelmények: A félév során zárthelyi írására kerül sor az előadás anyagából. Az aláírás feltétele zárthelyi legalább elégséges eredménye. Oktatási módszer: Előadások, írásvetítő használatával. Számolási gyakorlat. Konzultáció. Oktatási segédeszközök: - Berecz Endre: Fizikai kémia, Tankönykiadó - P. W. Atkins: Fizikai kémia I-III., Tankönyvkiadó Vizsgáztatási módszer: Szóbeli vizsga. Értékelés: 50% félévi zárthely, 50% vizsga.
2. TANTÁRGYTEMATIKA Hét Előadás 1. A fizikai kémia tárgya, felhasználása. Az anyagi rendszerek és folyamatok leírásának módszerei. A termodinamika I. főtétele. Belső energia, entalpia, hőkapacitás. A termodinamika II. főtétele. Entrópia. Szabadenergia, szabadentalpia. Az állapotfüggvények és állapothatározók kölcsönös összefüggései. Kémiai reakciók termodinamikai függvényei. A folyamatok végbemenetelének termodinamikai feltételei. A termodinamikai egyensúly általános kritériumai. 2. Tökéletes gázok. A kinetikus gázelmélet alapjai. Tökéletes gázok állapotegyenlete. Tökéletes gázok termodinamikai függvényei. Tökéletes gázok munkavégzése, hőkapacitása. Reális gázok. Reális gázok állapotegyenletei. Reális gázok termodinamikai függvényei. Számítások általánosított diagramok alapján. Fugacitás és kiszámításának módszerei. Homogén elegyfázisok. Elegyfázisok termodinamikai sajátságai. Parciális moláris mennyiségek és a többletfüggvények tulajdonságai és kapcsolata. Az aktivitás fogalma és alkalmazása elegyfázisokra. Ideális és reális elegyek termodinamikai függvényei. Szabályos szigorúan szabályos és atermikus elegyek. Híg oldatok. Határfelületi rendszerek termodinamikai vizsgálata. Határfelületi feszültség. Adszorpció. Felületi állapotegyenlet. Nedvesítés, átnedvesítés. Kémiai reakciók végbemenetelének termodinamikai feltételei. Kémiai egyensúly, kémiai affinitás. Az egyensúly befolyásolási lehetőségei. Az egyensúlyi állandó számítása. 3. Zárthelyi. Homogén és heterogén kémiai egyensúlyok. Egykomponensű rendszerek fázisdiagramjai. Folyadék gőz egyensúly egykomponensű rendszerben. Kondenzált fázisok közötti egyensúly egykomponensű rendszerben. Kétkomponensű rendszerek. Folyadék-gőz egyensúly, oldhatósági egyensúly, kétkomponensű rendszerben. Folyadék-folyadék egyensúlyok, folyadék-folyadék fázisdiagramok kétkomponensű rendszerekben. Oldott komponens megoszlási egyensúlya két, egymással nem elegyedő fázis között. Egyensúlyok híg oldatokban. Kétkomponensű rendszerekben fellépő szilárd-olvadék és szilárd-szilárd egyensúlyok fázisdiagramjai. Háromkomponensű rendszerek fázisdiagramjai. Heterogén egyensúlyok.
3. MINTA ZÁRTHELYIK FIZIKAI KÉMIA ZÁRTHELYI A Név: Neptun kód: Tankör: 1. Értelmezze az alábbi fogalmakat! Állapotfüggvény, belsőenergia, adiabatikus folyamat, homogén rendszer, gőz. 2. Ábrázolja a belsőenergia hőmérsékletfüggésének sémáját, ahol a rendszerben olvadás és gőzzé alakulás van! Írja fel a leíró egyenletet is! 3. Mennyi a moláris tömege annak a gáznak, amelynek 0,769 g-ja 25 C-on és 10 5 Pa nyomáson 250 cm 3 térfogatot tölt be? 2 pont 4. Mennyi az elegyítés során fellépő térfogatváltozás, a 69 g vízből és 46 g kénsavból készített elegynél? A sűrűségek 20 C-on: tiszta víz 0,998 g cm -3, tömény kénsav 1,830 g cm -3, elegy 1,303 g cm -3. 3 pont 5. Számítsa ki a CO 2 közepes moláris hőkapacitását 0 C és 727 C között! C p (CO 2 ) = 32,23 + 22,2 10-3 T 3,48 10-6 T 2 J K -1 mol -1. 6. 0,4 kg folyadék állapotú brómot állandó nyomáson 25 C-ról 80 C-ra melegítünk. Számítsuk ki az entrópia-változást! A bróm normál forráspontja 58 C, moláris párolgási entalpiája 31,082 kj mol -1, M(Br 2 ) = 160 g mol -1, C p (Br 2 (l)) = 71,59 J K -1 mol -1 C p (Br 2 (g)) = 37,85 + 12,85 10 5 T -2 J K -1 mol -1
FIZIKAI KÉMIA ZÁRTHELYI B Név: Neptun kód: Tankör: 1. Értelmezze az alábbi fogalmakat! Állapotfüggvény, entalpia, izobár folyamat, heterogén rendszer, gáz. 2. Ábrázolja az entalpia hőmérsékletfüggésének sémáját, ahol a rendszerben olvadás és gőzzé alakulás van! Írja fel a leíró egyenletet is! 3. Mennyi az oxigén sűrűsége 25 C-on és 10 5 Pa nyomáson? M(O 2 ) = 32 g mol -1. 2 pont 4. Mennyi az elegyítés során fellépő térfogatváltozás, a 69 g vízből és 161 g ecetsavból készített elegynél? A sűrűségek 20 C-on: tiszta víz 0,998 g cm -3, tömény ecetsav 1,048 g cm -3, elegy 1,067 g cm -3. 3 pont 5. Számítsuk ki az entalpiaváltozást, ha 66 kg CO 2 gáz hőmérsékletét 0 C-ról 500 C-ra emeltük! M(CO 2 ) = 44 g mol -1, C p (CO 2 ) = 32,23 + 22,2 10-3 T 3,48 10-6 T 2 J K -1 mol -1. 6. Mennyi munkát kell befektetni ahhoz, hogy 100 g 10 5 Pa nyomású, tökéletes gázként viselkedő hidrogént 20 C hőmérsékleten izoterm reverzibilis folyamatban 25 10 5 Pa nyomásra komprimáljunk? M(H 2 ) = 2 g mol -1.
4. VIZSGAKÉRDÉSEK, VIZSGÁZTATÁS MÓDJA A vizsga szóbeli beszámoló. 20 perc felkészülési idő igény szerint adható a hallgatónak. A szóbeli beszámoló időtartama 15 perc. A vizsgázó 2 kérdést kap az alábbi témakörökből, amit a vizsgáztató külön értékel. 1. Az anyagi rendszerek és folyamatok leírásának módszerei. 2. A termodinamika I. főtétele. Belső energia, entalpia, hőkapacitás. 3. A termodinamika II. főtétele. Entrópia. 4. Szabadenergia, szabadentalpia. Az állapotfüggvények és állapothatározók kölcsönös összefüggései. 5. Kémiai reakciók termodinamikai függvényei. 6. A folyamatok végbemenetelének termodinamikai feltételei. A termodinamikai egyensúly általános kritériumai. 7. Tökéletes gázok. A kinetikus gázelmélet alapjai. Tökéletes gázok állapotegyenlete. Tökéletes gázok termodinamikai függvényei. Tökéletes gázok munkavégzése, hőkapacitása. 8. Reális gázok. Reális gázok állapotegyenletei. Reális gázok termodinamikai függvényei. Számítások általánosított diagramok alapján. Fugacitás és kiszámításának módszerei. 9. Folyadékok és olvadékok. Folyadékok szerkezete, állapotegyenlete, termodinamikai sajátságai. 10. Szilárd testek. A kristályos szilárd testekben működő erőhatások értelmezése. Szilárd testek termodinamikai függvényei. Egyesített gőz-folyadék-szilárd termodinamikai diagramok. 11. Homogén elegyfázisok. Elegyfázisok termodinamikai sajátságai. Parciális moláris mennyiségek és a többletfüggvények tulajdonságai és kapcsolata. 12. Az aktivitás fogalma és alkalmazása elegyfázisokra. 13. Ideális és reális elegyek termodinamikai függvényei. Szabályos szigorúan szabályos és atermikus elegyek. Híg oldatok. 14. Határfelületi rendszerek termodinamikai vizsgálata. Határfelületi feszültség. Adszorpció. Felületi állapotegyenlet. Nedvesítés, átnedvesítés. 15. Kémiai reakciók végbemenetelének termodinamikai feltételei. Kémiai egyensúly, kémiai affinitás. 16. Az egyensúly befolyásolási lehetőségei. Az egyensúlyi állandó számítása. 17. Homogén és heterogén kémiai egyensúlyok. 18. Egykomponensű rendszerek fázisdiagramjai. Folyadék gőz egyensúly egykomponensű rendszerben. Kondenzált fázisok közötti egyensúly egykomponensű rendszerben. 19. Kétkomponensű rendszerek. Folyadék-gőz egyensúly, oldhatósági egyensúly, kétkomponensű rendszerben. Folyadék-folyadék egyensúlyok, folyadék-folyadék fázisdiagramok kétkomponensű rendszerekben. 20. Oldott komponens megoszlási egyensúlya két, egymással nem elegyedő fázis között. 21. Egyensúlyok híg oldatokban. 22. Kétkomponensű rendszerekben fellépő szilárd-olvadék és szilárd-szilárd egyensúlyok fázisdiagramjai. Háromkomponensű rendszerek fázisdiagramjai. 23. Heterogén egyensúlyok.
5. EGYÉB KÖVETELMÉNYEK Fizikai kémia levelező kommunikációs dosszié