Chemia Fizyczna Technologia Chemiczna II rok Wykład 1. Kierownik przedmiotu: Dr hab. inż. Wojciech Chrzanowski

Transkrypt

1 Chemia Fizyczna Technologia Chemiczna II rok Wykład 1 Kierownik przedmiotu: Dr hab. inż. Wojciech Chrzanowski

2 Kontakt,informacja i konsultacje Chemia A ; pokój 307 Telefon: wojtek@chem.pg.gda.pl tablica ogłoszeń Katedry Chemii Fizycznej lub Konsultacje: do uzgodnienia. Chem. Fiz. TCH II/01 2

3 Co to jest chemia fizyczna? Przedmiot: Definicja dziedziny nauki Przemiany fizyczne i chemiczne materii (bez wyróżniana jej rodzaju) i związane z nimi przepływy energii. Metoda: Matematyczno-fizyczna, tj. tworzenie modeli teoretycznych w oparciu o obserwacje doświadczalne. Formułowanie hipotez, teorii oraz praw natury w odniesieniu do swojego przedmiotu. Chem. Fiz. TCH II/01 3

4 Pojęcia podstawowe (1) Materią jest wszystko, co posiada masę (bezwładność, Newton). Substancją chemiczną nazwiemy czystą, wyodrębnioną postać materii (miara ilości substancji, jednostka: mol) Energia jest to zdolność do wykonania pracy (upr.). (rodzaje energii, jednostka: dżul, J) Równoważność materii i energii E=mc 2 W praktyce, efekty relatywistyczne i kwantowe występują tylko w mikroświecie, w skali makroskopowej są one pomijalne. Chem. Fiz. TCH II/01 4

5 Pojęcia podstawowe (2) Energia kinetyczna energia ruchu: E k =½mv 2 Energia potencjalna zależna od położenia: w polu grawitacyjnym w polu elektrycznym (ziemskim) E p =mgh E p =q 1 q 2 /(4πε 0 r) Chem. Fiz. TCH II/01 5

6 Pojęcia podstawowe (3) Modelem teoretycznym jest pewien założony mechanizm zjawiska lub obraz i zespół właściwości obiektu, najczęściej uproszczony, starający się zawrzeć najistotniejsze jego cechy. Hipotezą jest pewne założenie dotyczące istoty badanego zjawiska, właściwie próba odgadnięcia modelu w oparciu o znane dotąd znane pojęcia i prawa. Teorią nazywamy hipotezę zweryfikowaną w wyniku dalszych badań, gdy zyskuje ona potwierdzenie i stosuje się do większej liczby przypadków (obiektów, zjawisk), często pokrewnych. Chem. Fiz. TCH II/01 6

7 Pojęcia podstawowe (4) Prawo natury (prawo fizykochemiczne) to jasno sformułowany fragment teorii dotyczący jednego konkretnego zjawiska, czyli powiązania między różnymi, obserwowalnymi wielkościami uwikłanymi w to zjawisko. Sformułowanie werbalne: Prawo Boyle a-mariotte a: W stałej temperaturze, objętość gazu zmienia się odwrotnie proporcjonalnie do jego ciśnienia. Wzór: V1 P2 dla T = const. = ; V1P 1 = V2P2 = VP = const. V P 2 1 Chem. Fiz. TCH II/01 7

8 Główne działy: Termodynamika Równowagi chemiczne Równowagi fazowe Roztwory charakterystyka termodynamiczna Elektrochemia: jonika i elektrodyka. Zjawiska powierzchniowe i koloidy Kinetyka chemiczna Podstawy chemii kwantowej. Chem. Fiz. TCH II/01 8

9 Układ (definicja) Układ jest to fragment rzeczywistości poddany obserwacji bądź rozważaniom teoretycznym i wyodrębniony z niej fizycznie lub umownie Poza układem istnieje jego otoczenie. układ + otoczenie = wszechświat Chem. Fiz. TCH II/01 9

10 Istnieją trzy rodzaje układów: Otwarte (mogą wymieniać z otoczeniem materię i energię) Zamknięte (mogą wymieniać energię, ale nie materię) Izolowane (nie wymieniają z otoczeniem ani materii, ani energii). Chem. Fiz. TCH II/01 10

11 Rodzaje układów: otwarte zamknięte izolowane Chem. Fiz. TCH II/01 11

12 Sposoby przekazywania energii: Na sposób pracy. Wprowadzenie do Na sposób ciepła (jako ciepło). Rodzaje pracy Mechaniczna (objętościowa), praca zmiany powierzchni, praca elektryczna, praca odkształcenia. Chem. Fiz. TCH II/01 12

13 CIEPŁO Chem. Fiz. TCH II/01 13

14 przed po Proces endotermiczny z wymianą ciepła z otoczeniem Chem. Fiz. TCH II/01 14

15 przed po Proces endotermiczny w układzie z osłoną adiabatyczną Chem. Fiz. TCH II/01 15

16 Własności fizyczne układów: Ekstensywne (addytywne, zależne od ilości i rodzaju składników, wielkości układu) x = n i = 1 xi (np. masa układu lub objętość układu) Intensywne nie są addytywne. (np. temperatura, ciśnienie, gęstość, wielkości molowe) Chem. Fiz. TCH II/01 16

17 Parametry stanu: Wielkości ekstensywne wystarczające do całkowitego scharakteryzowania stanu układu. P, V, T Równanie stanu: f(p,v,t)=0 Dla gazu doskonałego: pv=nrt Chem. Fiz. TCH II/01 17

18 Temperatura i zerowa zasada Dwa ciała, które osiągnęły stan równowagi cieplnej, mają taką samą temperaturę, a ciepło nie jest już między nimi wymieniane. Jeżeli ciało A pozostaje w równowadze termicznej z ciałem B i z ciałem C, to ciała B i C także pozostają ze sobą w równowadze termicznej (cieplnej). Chem. Fiz. TCH II/01 18

19 Praca objętościowa Pzewn dw = P zewn Sdx = P zewn dv Pgazu P S = F dx 2 S = π r Chem. Fiz. TCH II/01 19

20 Praca objętościowa Trzy sposoby wykonywania pracy przez układ: 1. Przeciwko stałemu ciśnieniu zewnętrznemu (P zewn = const). w k k = dw = P zewn p p dv = P zewn ( V V ) k p 2. Przeciwko zerowemu ciśnieniu zewnętrznemu (ekspansja do próżni, szczególny przypadek poprzedniego), P zewn = 0. w = 0 Chem. Fiz. TCH II/01 20

21 Praca objętościowa (c.d.) 3. Sposób kwasistatyczny: P zewn = P gazu ±dp, w szczególności izotermicznie. nrt dw = dv V w = k = = p dw nrt k p dv V V nrt ln V p k Chem. Fiz. TCH II/01 21

22 Praca objętościowa (c.d.) Praca objętościowa zależy od drogi jaką realizowana jest przemiana. Jest ona całką z funkcji P=f(V)dV i polem powierzchni pod wykresem w układzie współrzędnych P-V. Chem. Fiz. TCH II/01 22

23 Kto to jest? Wasz wykładowca (dla nieobecnych na wykładzie) Chem. Fiz. TCH II/01 23