Irodalom

  • P. W. Atkins: Fizikai Kémia I-III kötetek, Nemzeti Tankönyvkiadó, 2002
  • P. W. Atkins: Physical Chemistry, 6th Edition, Oxford University Press
  • Patzkó Ágnes: A kolloidika alapjai, PHARE program, HU-94.05, Szeged (1998)
  • Patzkó Ágnes: A kolloidika alapjai, JATEPress, 2012

Követelmények

Az előadásra járás kötelező, melyet legalább 6 alkalommal ellenőrzünk.
Az előadáson 2 alkalommal írnak az elméleti anyagból zárthelyi dolgozatot, melyeket pontozunk. A meg nem írt dolgozatokra kapott pontszám 0. Aki legalább 90%-át eléri a maximális pontszámnak a két dolgozatból, a szóbeli vizsgán két tételt két 5 érdemjeggyel válthat ki, míg aki legalább 80 %-ot elér a szóbeli vizsgán egy tételt egy 5 érdemjeggyel válthat ki, azaz megéri év közben tanulni.

A ZH-k időpontja nappali tagozatosoknak:

  • ZH 1: 2025. március 31-én 12:00-12:45
  • ZH 2: 2025. május 19-én 12:00-12:45

A vizsgára bocsáthatóság feltétele:

  • legalább elégséges (2) szemináriumi (KBN036G, illetve KBL036G) jegy, és
  • az előadásokon írt zárthelyi dolgozatokon legalább 30 %-os teljesítmény, és
  • bizonyított részvétel az órák legalább 80 %-án

Kollokvium:

Írásbeli vagy szóbeli vizsga az ETR-ben meghirdetettek szerint.

Az írásbeli vizsga során a termodinamika és a kinetika rész 30 pont, míg a kolloidika rész 10 pont. A termodinamika és a kinetika részben 6 kérdést kapnak max. 5-5 pontért: 2 db az (1-9), 2 db a (10-18), és 2 db a (19-26) tételekből. Elégséges a jegy, ha a 40 pontból minimum 20-at elérnek úgy, hogy legalább 12 pontot, illetve legalább 4 pontot elértek a termodinamika és kinetika, illetve a kolloidika részből.

A szóbeli vizsga során a termodinamika részbeli tételek közül szóban 2 tételt húznak, egyet A (1-9) egyet a B (10-18), valamint egyet a kinetika C (19-26) tételek közül. Mindegyikre kapnak jegyet, bármelyik rész elégtelen, elégtelen a vizsga. Kolloidika részből egy tételt húznak, amennyiben az elégtelen, a vizsga is elégtelen. A kollokviumi jegy a termodinamika, kinetika és kolloidika részből kapott jegyekből származik (50 % termodinamika, 25 % kinetika és 25 % kolloidika).

A fentebb nem említett esetekre a mindenkori TVSZ érvényes.

Tematika

  1. hét (február 10-16.):
    I. fejezet: A tökéletes gázok törvényszerűségei. A kompresszibilitási együttható. Reális gázok viriál-egyenlete. A Van der Waals egyenlet. A megfelelő állapotok tétele. II. fejezet: Munka, hő, energia, a termodinamika I. főtétele. Az összenyomás és kiterjedés munkája. A gázképződés munkája. A belső energia, a hő és az entalpia kapcsolata, kalorimetria.
  2. hét (február 17-23.):
    II. fejezet: Az állandó térfogaton ill. nyomáson vett hőkapacitás. Termokémia. Fizikai és kémiai folyamatok entalpiaváltozásai. Hess tétele. A reakcióentalpia hőmérsékletfüggése. A térfogati munka izoterm és adiabatikus esetekben. III. fejezet: Állapot- és útfüggvények, teljes és nem teljes differenciál.
  3. hét (február 24-március 2.): (Szeminárium: 1. ZH)
    III. fejezet: A belső energia mint a térfogat és a hőmérséklet függvénye. Joule kísérlete. A Joule-Thomson hatás. Cv és Cp kapcsolata. IV. fejezet: Spontán változások iránya. A II. főtétel. Az entrópia. A Clausius-féle egyenlőtlenség, reverzíbilis és irreverzíbilis folyamatok entrópiaváltozása. A hűtés energetikája. A Carnot-ciklus. A Nernst-féle hőelmélet és a termodinamika III. főtétele.
  4. hét (március 3-9.):
    V. fejezet: A Helmholtz- és a Gibbs-függvény bevezetése. Kapcsolatuk a maximális hasznos munkával. Az első és második főtétel egyesítése. A Gibbs-függvény nyomásfüggése. A Gibbs-függvény hőmérsékletfüggése, a Gibbs - Helmholtz egyenletek. Tökéletes és reális gázok kémiai potenciálja. A fugacitás és a fugacitási együttható. A Gibbs-függvény változása nyílt rendszerre, a kémiai potenciálok és a hasznos munka kapcsolata.
  5. hét (március 10-16.):
    VI. fejezet: Fázisátalakulások, fázisdiagramok. Fázisegyensúlyok, a Clapeyron-egyenlet és a Clausius-Clapeyron egyenlet. A fázisátalakulások osztályozása. Egyszerű elegyek. Parciális moláris mennyiségek, a Gibbs - Duhem-egyenlet. Ideális elegyek képződése.
  6. hét (március 17-23.): (Szeminárium: 2. ZH)
    VII. fejezet: Folyadékok kémiai potenciálja, ideális és ideálisan híg elegyek. A kolligatív sajátságok értelmezése. Illékony folyadékelegyek. A gőznyomás-diagram. Forráspont-diagramok. A desztillálás. Ideális és reális oldatok standard állapotai.
  7. hét (március 24-30.):
    VIII. fejezet: A fázistörvény és alkalmazása egykomponensű rendszerekre. Két- és háromkomponensű rendszerek. IX. fejezet: A kémiai egyensúlyok általános feltétele, a reakció Gibbs-függvény és a reakcióhányados. A nyomás hatása az egyensúlyra, a Le Chatelier-elv. A hőmérséklet hatása az egyensúlyra, a van?t Hoff-egyenlet. Heterogén kémiai egyensúlyok. A sav-bázis egyensúlyok Brönsted - Lowry-elmélete.
  8. hét (március 31- április 6.) (Előadás: 1. ZH március 31.)
    X. fejezet: Egyensúlyi elektrokémia. Ionok képződési függvényei és kölcsönhatásai oldatokban. Szolvatáció, ionaktivitás, aktivitási koefficiens.Elektrokémiai alapfogalmak, a cellareakció potenciálja és a reakció Gibbs-függvény kapcsolata. A Nernst-egyenlet. Elektródpotenciálok összetételfüggése, standard értéke. Alkalmazások: első- és másodfajú elektródok, redoxi elektródok. A hidrogénelektród. Termodinamikai függvények elektrokémiai mérésekkel történő meghatározása.
  9. hét (április 7-13.):
    I. fejezet: A tökéletes gázok kinetikus modellje, a sebességeloszlási függvény. XIX. fejezet: Statisztikus termodinamika: fogalmak. Az entrópia statisztikus értelmezése. Kanonikus sokaság, kanonikus állapotösszeg. XXIV. fejezet: A reakciósebesség és koncentrációfüggése. Elsőrendű és másodrendű reakciók.
  10. hét (április 14-20.): Tavaszi szünet.
  11. hét (április 21-27.): (Szeminárium: 3. ZH) 04.21. hétfő: Húsvéthétfő.
    XXIV. fejezet: A reakciósebesség és koncentrációfüggése. Elsőrendű és másodrendű reakciók. A reakciórend. Megfordítható és egymást követő elemi reakciók kinetikája. A "steady state" közelítés. Michaelis-Menten reakció. Az előegyensúly szerepe a reakciókinetikában.
  12. hét (április 28-május 4.): 05.01. csütörtök: Munka ünnepe, ünnepnap.
    XXV. fejezet: Láncreakciók. Láncpolimerizáció. K-I. fejezet: Bevezetés a kolloid rendszerekbe. Kolloid állapot fogalma, kolloid rendszerek csoportosítása. Kolloidok a mindennapi életben. K-II. fejezet: Makromolekulás kolloidok. Makromolekulás oldatok tulajdonságai, a láncmolekula konformációja az oldatban. Molekulatömeg-meghatározás ozmometriával. Polielektrolitok.
  13. hét (május 5-11.): (Szeminárium: 4. ZH)
    K-III. fejezet: Asszociációs kolloidok. Tenzidek kémiai szerkezete, asszociációs kolloidok oldatainak fizikai-kémiai tulajdonságai. A hidrofób kölcsönhatás. Micellák szerkezete és alakja, kritikus micellaképződési koncentráció. Szolubilizáció. K-IV. fejezet: Folyadék-gáz határfelületek tulajdonságai. I. Felületi többlet-termodinamikai mennyiségek bevezetése. Tiszta folyadékok felületi feszültsége. Két- és többkomponensű rendszerek felületi feszültsége.
  14. hét (május 12-18.):
    K-V. fejezet: Folyadék-gáz határfelületek tulajdonságai. II. Két- és többkomponensű rendszerek felületi feszültsége. Felületi többletkoncentráció, a Gibbs-egyenlet értelmezése. Monomolekulás filmek, a Pockels kísérlet. K-VI. fejezet: Szilárd-gáz határfelületek tulajdonságai. Gázok fizikai és kémiai adszorpciója szilárd felületeken, adszorpciós izotermák. A Langmuir-egyenlet. Adszorbensek tulajdonságai, a fajlagos felület jelentősége és meghatározása.
  15. hét (május 19-25.): (Szeminárium: 5. ZH) (Előadás: 2. ZH május 19.)
    K-VII. fejezet: Kapillárisjelenségek szilárd-folyadék határfelületeken. Kontakt nedvesedés; a Young-egyenlet értelmezése. Peremszögek, szuperhidrofób felületek. Kapillárisnyomás görbült L/G határfelületen, a Laplace- és a Kelvin-egyenlet.

Tételek

Termodinamika

  1. A termodinamika nulladik főtétele. Reális gázok, kompresszibilitás, Boyle-hőmérséklet. Viriál-állapotegyenletek. Van der Waals-egyenlet, Maxwell-féle szerkesztés. Kritikus állapotjelzők. A megfelelő állapotok tétele.
  2. Termodinamikai alapfogalmak. A termodinamika I. főtétele. Az összenyomás és kiterjedés munkája. Szabad kiterjedés, irreverzíbilis, a reverzíbilis, illetve az izoterm-reverzíbilis kiterjedés munkája.
  3. A belső energia, a hő és az entalpia kapcsolata. Kalorimetria. Az állandó térfogaton, illetve nyomáson vett hőkapacitás. Cv és Cp kapcsolata, összefüggésük reális és tökéletes gázokra.
  4. Adiabatikus változások. Adiabaták. Tökéletes gáz adiabatikus kiterjedésének munkája reverzíbilis folyamatban. Termokémia. Fizikai és kémiai folyamatok entalpiaváltozásai. A reakcióentalpia hőmérsékletfüggése, Kirchoff törvény.
  5. A belső energia mint a térfogat és a hőmérséklet függvénye. Joule kísérlete. A belső energia hőmérsékletfüggése állandó nyomáson. Az entalpia mint a nyomás és hőmérséklet függvénye. Az entalpia hőmérsékletfüggése állandó térfogaton. Izoterm kompresszibilitás. A Joule-Thomson hatás. Izoterm Joule-Thomson-együttható. Linde-féle hűtés.
  6. Spontán változások iránya. A II. főtétel. Az entrópia termodinamikai definíciója. A Carnot-körfolyamat és a folyamat során bekövetkező entrópiaváltozások. Az entrópia állapotfüggvény.
  7. Clausius-féle egyenlőtlenség. Fázisátalakulások entrópiaváltozása, a Trouton-szabály. Entrópiaváltozás tökéletes gáz kiterjedése, illetve a rendszer melegítése során. Az entrópia mérése, a termodinamika III. főtétele. A hűtés energetikája. Adiabatikus demágnesezés.
  8. A Helmholtz- és a Gibbs- függvény bevezetése. Kapcsolatuk a maximális hasznos munkával. Standard moláris szabadentalpia és reakció-szabadentalpia. Kémiai csatolások. Hőerőgépek és hatásfokuk, hűtőgépek és teljesítményük.
  9. A termodinamika első és második főtételének egyesítése. A Maxwell-féle összefüggések. A külső paraméterek hatása a szabadentalpiára: a Gibbs-függvény nyomásfüggése, a Gibbs-függvény hőmérsékletfüggése, a Gibbs- Helmholtz egyenlet. Tökéletes és reális gázok moláris szabadentalpiája, a fugacitás és a nyomás kapcsolata. A fugacitási együttható meghatározása.
  10. A rendszer makroszkopikus leírása: Fázisok, komponensek, szabadsági fokok. Fázisátalakulások, fázisdiagramok egykomponensű rendszerekben. A fázisstabilitás hőmérsékletfüggése. A külső nyomás hatására bekövetkező olvadás. A külső nyomás hatása a gőznyomásra. Fázisátalakulások: a Clapeyron-egyenlet, a Clausius-Clapeyron-egyenlet. A fázisátalakulások Ehrenfest-féle osztályozása.
  11. Parciális moláris mennyiségek, a kémiai potenciál. A Gibbs-Duhem-egyenlet. Izoterm-izobar egyensúly általános feltétele zárt rendszerben. A kémiai potenciál fogalmának kiterjesztése. Ideális gázelegyek. Az egyes termodinamikai mennyiségek elegyedés során bekövetkező változása.
  12. Folyadékok kémiai potenciálja, ideális és ideálisan híg elegyek. Reális oldatok termodinamikai leírása, a többletfüggvények. Aktivitás és aktivitási együtthatók, standard állapotok.
  13. Kolligatív sajátságok értelmezése. Ozmózis. Forráspont-emelkedés. Fagyáspontcsökkenés és oldhatóság.
  14. Illékony folyadékelegyek. Gőznyomásdiagramok. A gőz összetétele, a gőznyomás és a gőz összetételének kapcsolata. Hőmérséklet-összetétel diagramok, ideális elegyek desztillálása.
  15. Korlátlanul elegyedő reális biner elegyek forráspont-diagramjai, desztillációi. Korlátozottan elegyedő folyadékok fázisdiagramjai. Nem-elegyedő folyadékok desztillálása.
  16. Biner elegyek folyadék-szilárd fázisdiagramjai, eutektikumok. Reaktív rendszerek. Ultratiszta anyagok és szabályozott szennyezés. Háromkomponensű rendszerek fázisdiagramja. Megoszlás.
  17. Kémiai egyensúlyok általános feltétele, a reakció szabadentalpia. Tökéletes gázok kémiai egyensúlya és a reakcióhányados. A termodinamikai és a gyakorlati egyensúlyi állandók (Kc, Kx, Kp) kapcsolata. A körülmények (nyomás, hőmérséklet) hatása az egyensúlyra. Fémek előállítása oxidjaikból. Sav-bázis titrálások.
  18. Ionok termodinamikai sajátságai oldatokban. %Szolvatáció, ionaktivitás, aktivitási koefficiens. Debye-Hückel-féle határtörvény. Elektrokémiai alapfogalmak, a cellareakció potenciálja és a reakció szabadentalpiával való kapcsolata. A Nernst-egyenlet. Koncentrációs elemek. Szelektív elektródok. A pH mérése. Termodinamikai mennyiségek meghatározása elektrokémiai mérésekkel.

    Reakciókinetika

  19. Kinetikus gázelmélet, sebességeloszlás. Ütközési gyakoriság, közepes szabad úthossz.
  20. Mikrokanonikus és kanonikus sokaság. Az entrópia és statisztikus definíciója.
  21. A transzportjelenségek alapjai. Komponensmérleg, Fick-törvények.
  22. A reakciókinetika alapfogalmai és kísérleti eljárásai. Nullad-, első- és másodrendű elemi reakciók, a reakciósebesség hőmérsékletfüggése.
  23. Összetett reakciók: Párhuzamos és megfordítható reakciók.
  24. Összetett reakciók: Sorozatos reakciók. A kvázistacionárius közelítés.
  25. Enzimkatalízis. A Michaelis-Menten-egyenlet paramétereinek meghatározása.
  26. Láncreakciók, gyökös láncpolimerizáció.

Kolloidika

  1. A kolloid állapot fogalma. A diszperz rendszerek megfigyelése optikai módszerekkel. A kolloid rendszerek csoportosítása anyagi minőség és termodinamikai stabilitás alapján.
  2. Diszperz rendszerek csoportosítása méret, szerkezet és a résztvevő fázisok halmazállapota szerint. Gömb alakú részecskék ülepedésének méretfüggése.
  3. Makromolekulás rendszerek általános jellemzése; összehasonlítás a kismolekulák és oldataik tulajdonságaival. A makromolekulák oldódását és oldataikban a molekula alakját meghatározó fizikai és kémiai tényezők.
  4. Makromolekulák molekulatömegének meghatározása ozmometriával. Polielektrolitok szerkezete és tulajdonságaik.
  5. Asszociációs kolloidok kémiai szerkezete, és híg vizes oldatainak fizikai-kémiai tulajdonságai.
  6. A kolloid asszociátumok keletkezését befolyásoló tényezők. A szolubilizáció.
  7. Felületi többlet-termodinamikai mennyiségek bevezetése. Érintkező fázisok közötti határréteg összetételének jellemzése koncentrációprofillal, a felületi többletkoncentráció definíciója.
  8. A felületi feszültség definíciói, és meghatározása a Dupré-kísérletben. Tiszta folyadékok felületi feszültsége (kapcsolat a többlet termodinamikai mennyiségekkel).
  9. Két-és többkomponensű rendszerek felületi feszültsége. A Gibbs-egyenlet levezetése a Gibbs-Duhem egyenletből. A Gibbs-egyenlet értelmezése. A Pockels-kísérlet.
  10. Szilárd-gáz határfelületek alapfogalmai. Az adszorbensek külső és belső felülete. A fiziszorpció és kemiszorpció összehasonlítása.
  11. A S/G adszorpció energiaprofiljai és entalpiaváltozásai.
  12. Az adszorpció állapotfüggvényei. A Langmuir-egyenlet. A fajlagos felület meghatározása a gázadszorpciós izoterma segítségével.
  13. Határfelületi jelenségek makroszkópos síkfelületeken: nedvesedési tulajdonságok. Young-egyenlet a peremszög meghatározására.
  14. A görbület befolyása a folyadék-gáz határfelületek tulajdonságaira: kapillárisnyomás, Kelvin-egyenlet.

Konzultáció

Béke épület, F17 iroda, Péntek 8-10 vagy előzetes megbeszélés

E-mail: