Fizikai kémia I

A tárgy a szakmai törzsanyag része, elméleti és gyakorlati ismereteket szolgáltat a fizikai kémia azon fejezeteiről, amelyeket az „Egyensúly” szóval lehet legjobban jellemezni. Tehát a Fizikai Kémia I-ben nem foglalkozunk a folya­matok sebességével (Ez a Fizikai Kémia II tárgya). Definiáljuk a termo­dinamikai állapotfüggvényeket, és megtanítjuk ezek használatát a vegyész­mérnöki és biomérnöki gyakorlatban. A többkomponensű fázisegyensúlyokat, valamint a kémiai egyensúlyokat a kémiai potenciálok segítségével értelmezzük.

Előadás, számítási gyakorlat. Ezek szorosan épülnek egymásra, amikor az előadással egy-egy fontos anyagrész végére érünk, az anyagrészhez kapcsolódó példákat oldunk meg. Ezen kívül kidolgozott és gyakorló példákat kapnak a hallgatók. 

Grofcsik András, Kállay Mihály, Kubinyi Miklós, László Krisztina: Fizikai kémia I. - Kémiai termodinamika (Akadémiai Kiadó, 2017); Martin A., Molnár Jné, Parlagh Gy.: Fizikai Kémia Számítások I. (jegyzet: 65018).

Matematika: függvénytan, műveletek logaritmusokkal, a differenciálszámítás és az integrálszámítás alapjai, teljes differenciál Általános kémia: általános gáztörvény, Dalton törvénye, sztöchiometria, termokémia.

Követelmények: a.     A szorgalmi időszakban: 1 zárthelyi sikeres megírása b.     A vizsgaidőszakban: szóbeli vizsga. Az érdemjegyet a zárthelyiken és a vizsgán szerzett eredmények 1:2 arányú súlyozott átlaga adja. Alapszint (a tárgy mindenki számára kötelező anyaga, amelynek elsajátítása a tárgy teljesítésének feltétele)   1.      A termodinamikai rendszer fogalma, típusai és jellemzése 2.      A termodinamikai hőmérséklet és nyomás 3.      A belső energia, a termodinamika I. főtétele 4.      A munka 5.      A hő 6.      Az entalpia 7.      A tökéletes gáz fogalma, összefüggés Cmp  és Cmv között 8.      Tökéletes gáz izobár, izochor és izoterm reverzibilis állapotváltozásai 9.      Tökéletes gáz adiabatikus reverzibilis állapotváltozása  10.  A standard reakcióhő, a reakcióhő mérése 11.  Hess tétele 12.  Standard entalpiák 13.  Nyitott rendszer energiamérlege, stacionárius rendszerek 14.  Az entrópia termodinamikai definíciója, DS számítása zárt rendszerekben 15.  A II. főtétel megfogalmazása az entrópiával 16.  Az entrópia statisztikus értelmezése 17.  A termodinamika III. főtétele 18.  A szabadenergia 19.  A szabadentalpia 20.  A termodinamikai állapotfüggvények első és második deriváltjai 21.  p-T fázisdiagram 22.  A p-T fázisdiagram termodinamikai értelmezése (a Clapeyron-egyenlet) 23.  Egykomponensű gőz-folyadék egyensúlyok, a Clausius-Clapeyron egyenlet 24.  Standard szabadentalpiák, tökéletes gáz szabadentalpiája 25.  A kémiai potenciál 26.  A fázisegyensúlyok feltétele 27.  A Gibbs-féle fázisszabály 28.  Az elegyképződésre jellemző mennyiségek 29.  Parciális moláris mennyiségek     30.  A parciális moláris mennyiségek meghatározása 31.  Raoult törvénye, Eltérések az ideális viselkedéstől 32.  Kémiai potenciál folyadékelegyekben 33.  Elegyedési entrópia és elegyedési szabadentalpia 34.  Korlátlanul elegyedő folyadékok tenzió- és forráspontdiagramjai 35.  Korlátoltan elegyedő és nem elegyedő folyadékok forrpontdiagramja 36.  Egyszerű eutektikumot alkotó szilárd-folyadék egyensúlyok 37.  Szilárd-folyadék fázisdiagramok típusai 38.  Híg oldatok tenziócsökkenése, forrpontemelkedése, fagyáspontcsökkenése, 39.  Ozmózisnyomás 40.  Az elegyképződés hőeffektusai 41.  Henry törvénye, gázok oldhatósága 42.  Elegyek termodinamikai stabilitása, folyadék-folyadék fázisegyensúlyok 43.  Megoszlási egyensúlyok 44.  A megfelelő állapotok tétele       45.  A Joule-Thomson hatás 46.  Gázok fugacitása (reális gázok kémiai potenciálja) 47.  Aktivitások és standard állapotok 48.  A termodinamikai egyensúlyi állandó 49.  Kémiai egyensúlyok gázfázisban 50.  A nyomás hatása a kémiai egyensúlyra 51.  Gáz-szilárd heterogén kémiai egyensúlyok 52.  Kémiai egyensúlyok folyadékfázisban 53.  Az egyensúlyi állandó hőmérsékletfüggése 54.  Egyensúlyok elektrolitokban 55.  Aktivitások és kémiai potenciálok elektrolitokban 56.  A Debye-Hückel elmélet alapjai       Emelt szint (a tárgykörbe tartozó külön ismeretanyag és/vagy az alapszintű ismeretek mélyebb összefüggéseinek elsajátítása)   Az emelt szintű vizsgán tudni kell a teljes alapszintű tananyagot . Ezen kívül az alábbiak közül kap két tételt a vizsgázó.     1.      A Carnot körfolyamat 2.      Kompressziós hűtőgépek működése 3.      Hőszivattyúk 4.      A belső energia transzformált függvényei 5.      T-S diagram 6.      A Konovalov-törvények levezetése 7.      Híg oldatok fagyáspontcsökkenése és forrpontemelkedése 8.      Az elegyképződés hőeffektusai 9.      Háromszög-fázisdiagramok 10.  Reális gázok állapotegyenlete (Van der Waals és viriál) 11.  Gázok entalpiája 12.  A Joule-Thomson hatás 13.  Gázok fugacitása     „Nefelejcs” szint (tantárgyhoz tartozó azon ismeretek, amelyek a vegyészmérnöki tudás nélkülözhetetlen elemei, a tanulmányok során mindvégig, bármely tárgy keretében számon kérhetők)   Az alábbi fogalmak, definíciók, képletek ismerete tartozik a „ne felejts” szinthez: Elszigetelt, zárt, nyitott rendszerek. Állapotfüggvények, útfüggvények. Extenzív és. intenzív mennyiségek. A belső energia. Az I. főtétel. A térfogati munka. A moláris hőkapacitás. Az entalpia. Reakcióhő, standard reakcióhő, képződéshő. Hess tétele. Az entrópia, izoterm folyamat entrópia-változása. Az entrópia hőmérsékletfüggése. A második főtétel. Szabadenergia, szabadentalpia. p-T diagram. Folyadékok gőznyomásának hőmérsékletfüggése. A kémiai potenciál. A Gibbs-féle fázisszabály. Raoult törvénye. A kémiai egyensúlyi állandó definíciója. A standard reakciószabadentalpia és az egyensúlyi állandó kapcsolata. A nyomás hatása az egyensúlyi összetételre gázreakciókban. A Le Chatelier elv. Heterogén reakciók egyensúlya. Az egyensúlyi állandó hőmérsékletfüggése.     Fizikai Kémia I című tárgy vizsga témakörei   Ezek megegyeznek az „Alapszint” címszó alatt felsorolt követelményekkel   Alapszint (a tárgy mindenki számára kötelező anyaga, amelynek elsajátítása a tárgy teljesítésének feltétele)   1.      A termodinamikai rendszer fogalma, típusai és jellemzése 2.      A termodinamikai hőmérséklet és nyomás 3.      A belső energia, a termodinamika I. főtétele 4.      A munka 5.      A hő 6.      Az entalpia 7.      A tökéletes gáz fogalma, összefüggés Cmp  és Cmv között 8.      Tökéletes gáz izobár, izochor és izoterm reverzibilis állapotváltozásai 9.      Tökéletes gáz adiabatikus reverzibilis állapotváltozása  10.  A standard reakcióhő, a reakcióhő mérése 11.  Hess tétele 12.  Standard entalpiák 13.  Nyitott rendszer energiamérlege, stacionárius rendszerek 14.  Az entrópia termodinamikai definíciója, DS számítása zárt rendszerekben 15.  A II. főtétel megfogalmazása az entrópiával 16.  Az entrópia statisztikus értelmezése 17.  A termodinamika III. főtétele 18.  A szabadenergia 19.  A szabadentalpia 20.  A termodinamikai állapotfüggvények első és második deriváltjai 21.  p-T fázisdiagram 22.  A p-T fázisdiagram termodinamikai értelmezése (a Clapeyron-egyenlet) 23.  Egykomponensű gőz-folyadék egyensúlyok, a Clausius-Clapeyron egyenlet 24.  Standard szabadentalpiák, tökéletes gáz szabadentalpiája 25.  A kémiai potenciál 26.  A fázisegyensúlyok feltétele 27.  A Gibbs-féle fázisszabály 28.  Az elegyképződésre jellemző mennyiségek 29.  Parciális moláris mennyiségek     30.  A parciális moláris mennyiségek meghatározása 31.  Raoult törvénye, Eltérések az ideális viselkedéstől 32.  Kémiai potenciál folyadékelegyekben 33.  Elegyedési entrópia és elegyedési szabadentalpia 34.  Korlátlanul elegyedő folyadékok tenzió- és forráspontdiagramjai 35.  Korlátoltan elegyedő és nem elegyedő folyadékok forrpontdiagramja 36.  Egyszerű eutektikumot alkotó szilárd-folyadék egyensúlyok 37.  Szilárd-folyadék fázisdiagramok típusai 38.  Híg oldatok tenziócsökkenése, forrpontemelkedése, fagyáspontcsökkenése, 39.  Ozmózisnyomás 40.  Az elegyképződés hőeffektusai 41.  Henry törvénye, gázok oldhatósága 42.  Elegyek termodinamikai stabilitása, folyadék-folyadék fázisegyensúlyok 43.  Megoszlási egyensúlyok 44.  A megfelelő állapotok tétele       45.  A Joule-Thomson hatás 46.  Gázok fugacitása (reális gázok kémiai potenciálja) 47.  Aktivitások és standard állapotok 48.  A termodinamikai egyensúlyi állandó 49.  Kémiai egyensúlyok gázfázisban 50.  A nyomás hatása a kémiai egyensúlyra 51.  Gáz-szilárd heterogén kémiai egyensúlyok 52.  Kémiai egyensúlyok folyadékfázisban 53.  Az egyensúlyi állandó hőmérsékletfüggése 54.  Egyensúlyok elektrolitokban 55.  Aktivitások és kémiai potenciálok elektrolitokban 56.  A Debye-Hückel elmélet alapjai       Emelt szint (a tárgykörbe tartozó külön ismeretanyag és/vagy az alapszintű ismeretek mélyebb összefüggéseinek elsajátítása)   Az emelt szintű vizsgán tudni kell a teljes alapszintű tananyagot . Ezen kívül az alábbiak közül kap két tételt a vizsgázó.     1.      A Carnot körfolyamat 2.      Kompressziós hűtőgépek működése 3.      Hőszivattyúk 4.      A belső energia transzformált függvényei 5.      T-S diagram 6.      A Konovalov-törvények levezetése 7.      Híg oldatok fagyáspontcsökkenése és forrpontemelkedése 8.      Az elegyképződés hőeffektusai 9.      Háromszög-fázisdiagramok 10.  Reális gázok állapotegyenlete (Van der Waals és viriál) 11.  Gázok entalpiája 12.  A Joule-Thomson hatás 13.  Gázok fugacitása     „Nefelejcs” szint (tantárgyhoz tartozó azon ismeretek, amelyek a vegyészmérnöki tudás nélkülözhetetlen elemei, a tanulmányok során mindvégig, bármely tárgy keretében számon kérhetők)   Az alábbi fogalmak, definíciók, képletek ismerete tartozik a „ne felejts” szinthez: Elszigetelt, zárt, nyitott rendszerek. Állapotfüggvények, útfüggvények. Extenzív és. intenzív mennyiségek. A belső energia. Az I. főtétel. A térfogati munka. A moláris hőkapacitás. Az entalpia. Reakcióhő, standard reakcióhő, képződéshő. Hess tétele. Az entrópia, izoterm folyamat entrópia-változása. Az entrópia hőmérsékletfüggése. A második főtétel. Szabadenergia, szabadentalpia. P-T diagram. Folyadékok gőznyomásának hőmérsékletfüggése. A kémiai potenciál. A Gibbs-féle fázisszabály. Raoult törvénye. A kémiai egyensúlyi állandó definíciója. A standard reakciószabadentalpia és az egyensúlyi állandó kapcsolata. A nyomás hatása az egyensúlyi összetételre gázreakciókban. A Le Chatelier elv. Heterogén reakciók egyensúlya. Az egyensúlyi állandó hőmérsékletfüggése.     Fizikai Kémia I című tárgy vizsga témakörei   Ezek megegyeznek az „Alapszint” címszó alatt felsorolt követelményekkel   Pótlási lehetőségek: A szorgalmi időszak utolsó hetében pótzárthelyit írhatnak a hallgatók a számítási gyakorlatok teljes anyagából. A pótlási héten újabb pótzárthelyire van lehetőség. Konzultációk: A tantárgy előadói konzultáció céljára rendelkezésre állnak, igény esetén szervezett formában.

Dr. Grofcsik András, egyetemi tanár, Fizikai Kémia és Anyagtudományi Tanszék Dr. Kállay Mihály, egyetemi tanár, Fizikai Kémia és Anyagtudományi Tanszék

Félév közben az előadási anyag követése és a felkészülés a zárthelyikre heti 3-4 óra átlagos elfoglaltságot jelent. A vizsgára egy átlagos képességű hallgató kb. nyolc nap alatt tud megfelelően felkészülni.