Zagadnienia do egzaminu z chemii fizycznej

1. Opisać równanie stanu gazu.

Ogólna postać równania stanu jest następująca:

P=f(T,V,n)

p-ciśnienie

T- tamp. W Kelwinach

V- objętośc

n-ilośc materii np.moli

5. Co to jest stała gazowa R i jaki ma wymiar?

Stała gazowa (uniwersalna stała gazowa) (oznaczana jako R) – stała fizyczna równa pracy wykonanej przez 1 mol gazu doskonałego podgrzewanego o 1 kelwin (stopień Celsjusza) podczas przemiany izobarycznej.

6. Co to są funkcje termodynamiczne?

Funkcje termodynamiczne reakcji chemicznej – wartości zmian termodynamicznych funkcji stanu (np. Δh, Δg^[a]), które następują w układzie, w którym zachodzi reakcja, przy czym liczba postępu tej reakcji jest równa jedności (λ = 1). Wartości termodynamicznych funkcji reakcji wskazują, czy może ona zachodzić jako proces samorzutny) i są związane z ciepłem reakcji i wykonywaną pracą.

7. Co to jest energia wewnętrzna?

Energią wewnętrzną układu nazywamy sumę wszystkich rodzajów energii danego układu.Oznaczmy ją U. Składowe energi układów:e.kinetyczna, e.potencjalna, en.oddziaływań międzycząsteczkowych, en.wew. Jednostką energii wewnętrznej jest dżul [J]

8. Co to jest ciepło i praca?

Ciepło w fizyce – jeden z dwóch, obok pracy, sposobów przekazywania energii wewnętrznej układowi termodynamicznemu. Jest to przekazywanie energii chaotycznego ruchu cząstek (atomów, cząsteczek, jonów). Ciepło oznacza również ilość energii wewnętrznej przekazywanej w procesie cieplnym

Praca - iloczyn wartości siły i przemieszczenia. Jednostką pracy W jest dzul.

9. Podać przykłady różnego rodzaju prac.

-mechaniczna(objętościowa)

-praca zmiany powierzchni

-praca elektryczna

-praca odkształceniowa

-siła przyciągania grawitacyjnego

10. I zasada termodynamiki dla układu:

-dla układu izolowanego:

We wszystkich procesach zachodzących w układzie izolowanym energia wew. U pozostaje niezmieniona

U=const.

-dla układu otwartego

Zmiana en.wew. układu otwartego ΔU może nastąpić albo na sposób ciepła Q lub na sposób pracy W

ΔU = Q+W

-dla wszechświata ΔU=0

11. Podać definicje (pracy, ciepła, energii):

a) pojemności cieplnej,

b) ciepła molowego,

c) ciepła właściwego,

d) ciepła reakcji,

e) ciepła tworzenia związku chemicznego.

12. Podać prawo Hessa (wzór i słowne sformułowanie).

Ciepło reakcji chemicznej(w warunkach izobarycznych lub izochorycznych) nie zależy od drogi, którą biegnie reakcja, a jedynie od stanu początkowego i końcowego reakcji.

Schemat ogólny reakcji chemicznej:

Substratyprodukty

Stanem początkowym są substraty a stanem końcowym są produkty

• ΔU = Qv = Σ n_i *ΔUi – Σ n_i * ΔUi

• ΔH = Qp = Σ n_i* ΔH – Σ n_i *ΔHi

13. Jak zmienia się U i H ze zmianą temperatury?

14. Jaka jest różnica pomiędzy U i H (Qv i Qp)?

15. Sens fizyczny i definicja entropii (wzór i słowne sformułowanie)?

Dla liczbowego określenia kierunku przebiegu przemian samorzutnych wprowadzono funkcję termodynamiczną zwaną energią swobodną S. Pierwsza zasada termodynamiki posługuje się en. Wewnętrzną do przewidywania czy dana przemiana jest dozwolona, natomiast druga zasada wykorzystuje entropię do ustalenia która z dozwolonych przemian jest samorzutna.

dla przemian samorzutnych : ΔS_całk > 0

dla procesów odwracalnych : dS = $\frac{\text{dQ}}{\text{dT}}$

dla procesów niodwracalnych : dS = dQ/T

a więc dla każdej dowolnej przemiany mamy dS ≥ dQ/T

Wyrażenie to nosi nazwę nierówności Clausiusa.

16. Sens fizyczny i definicja entalpii swobodnej?

Funkcję dla warunków izotermiczno-izobarycznych G=H-TS nazywamy entalpią swobodną.

Sens fizyczny entalpi swobodnej G znajdziemy wiążąc ją z energią swobodną F.Ponieważ w procesach samorzutnych entropia wzrasta do wartości maksymalnej to z def. G i F wynika, że w przebiegu procesów samorzutnych zarówno energia swobodna jak i entalpia swobodna maleją do wartości minimalnej, a po osiągnięciu stanu równowagi przestaje się zmieniać.

17. Co to jest molowa cząsteczkowa wielkość?

18. II zasada termodynamiki dla procesów:

a) samorzutnych,

W przemianach samorzutnych entropia układu izolowanego rośnie

ΔS_całk > 0

b) odwracalnych.

dS = $\frac{\text{dQ}}{\text{dT}}$

20. Warunek równowagi chemicznej.

Jak wynika z I i II zasady termodynamiki warunkiem równowagi termodynamicznej w układzie wielofazowym i wieloskładnikowym jest równość potencjałów chemicznych dla każdego składnika we wszystkich fazach. Innymi słowy, w stanie równowagi termodynamicznej potencjał chemiczny substancji w całej próbce jest taki sam – bez względu na liczbę faz.

21. Stała równowagi K_a, K_p, K_x i ich związek z funkcjami termodynamicznymi.

22. Zależność stałej równowagi Ka od temperatury.

23. Wpływ parametrów stanu na stan równowagi chemicznej - reguła przekory.

Jeżeli układ będący w stanie równowagi poddamy działaniu bodźca zewnętrznego (tj. zmiana stężenia reagentów, zmiana ciśnienia lub temperatury), to w układzie tym zajdą takie przemiany, które działanie tego bodźca zmniejszą.

Wpływ temperatury

Podwyższenie temperatury w układzie przesunie stan równowagi na korzyść reakcji endotermicznej, której towarzyszy pochłanianie ciepła, natomiast obniżenie temperatury układu przesunie równowagę w kierunku reakcji egzotermicznej, której towarzyszy wydzielanie ciepła

Wpływ ciśnienia
Zmiany ciśnienia wpływają na położenie stanu równowagi dla reakcji chemicznych przebiegających w fazie gazowej, gdzie następuje zmiana objętości.

24. Przemiany fazowe. Ogólne warunki równowagi fazowej.

25. Reguła faz Gibbsa.

Reguła faz Gibbsa to zależność obowiązująca dla każdego układu w równowadze termodynamicznej łącząca liczbę faz w układzie, liczbę składników niezależnych oraz liczbę stopni swobody:
s = α − β + 2
gdzie:
s - liczba stopni swobody, czyli liczba zmiennych intensywnych, które można zmieniać bez jakościowej zmiany układu (bez zmiany liczby faz w równowadze)
α - liczba niezależnych składników, a więc takich, które nie dają się określić za pomocą zależności chemicznych poprzez stężenia innych składników (niezależnych).
β - liczba faz, a więc postaci materii jednorodnej chemicznie i fizycznie (np. roztwór, faza gazowa, kryształy o określonym składzie)

26. Stopnie swobody-definicja.

Stopień swobody - Dla układów termodynamicznych stopień swobody to liczba zmiennych stanu, które można zmieniać nie powodując zmiany stanu (liczby i rodzaju faz). Liczba stopni swobody układu jest w termodynamice zwykle oznaczana literą s. Jest zależna od liczby niezależnych składników układu i liczby faz.

27. Równanie Clausiusa- Clapeyrona (wzór i zastosowanie).

Zastosowanie:

Równanie Clausiusa-Clapeyrona odgrywa ważną rolę w meteorologii na jego podstawie można określić warunki skraplania się pary wodnej jako związek ciśnienia parcjalnego z temperaturą.

Równanie umożliwia określenie zmiany temperatury przemiany fazowej przy zmianie ciśnienia lub zmianę ciśnienia przemiany przy zmianie temperatury.

32. Przykłady równowag: ciecz-ciecz –prawo podziału Nernsta.