Kursplan för
Termodynamik och ytkemi
Thermodynamics and Surface Chemistry
KFKA01, 10 högskolepoäng, G1 (Grundnivå)
Gäller för: Läsåret 2012/13
Beslutad av: Utbildningsnämnd 2
Beslutsdatum: 2012-04-04
Allmänna uppgifter
Huvudområde: Teknik.
Obligatorisk för: W2
Undervisningsspråk: Kursen ges på svenska
Syfte
- att ge studenterna en insikt i klassisk termodynamik. Att
förmedla en förståelse för de termodynamiska begreppen och
teorierna, samt att öva upp förmågan att lösa problem utifrån
denna insikt.
- att ge studenterna en introduktion till yt- och
kolloidkemin.
Mål
Kunskap och förståelse
För godkänd kurs skall studenten
- förstå innebörden av termodynamikens första och andra
huvudsatser och kunna utföra beräkningar av energi och entropi
vid tillståndsförändringar.
- förstå begreppen fri energi och kemisk potential och med
hjälp av dessa kunna bestämma jämviktstillstånd.
- behärska termodynamiken för blandningar - i första hand
ideala system, men också enkla modeller för icke ideala system.
Kunna arbeta med aktiviteter och aktivitetskoefficienter.
- kunna göra förutsägelser om osmotiskt tryck,
kokpunktshöjning och smältpunktssänkning utifrån kunskap om
systemets sammansättning.
- Förstå och göra beräkningar i fasdiagram för två
komponenter.
- Förstå den termodynamiska grunden för jämviktsekvationer i
kemiska system.
- Känna till och kunna använda några olika experimentella
metoder att mäta ytspänning.
- Kunna karakterisera olika typer av ytaktiva ämnen.
- Känna till vad följande begrepp betyder: Miceller, kritisk
micell koncentrationen (CMC), flytande kristaller, flotation,
adsorbtionsisotermer och kolloidal stabilitet.
Färdighet och förmåga
För godkänd kurs skall studenten
- behärska beräkningar av tryck, volym och temperatur i gaser,
såväl ideala som icke ideala.
- kunna beräkna fasjämvikters tryck- och temperaturberoende i
enkomponentsystem.
- kunna beräkna ångtryck och kokpunkt i
tvåkomponentsystem.
- kunna utföra beräkningar av samband mellan jämviktskonstant,
koncentration, tryck och temperatur i kemiska jämvikter.
- med hjälp av miniräknare kunna utföra numeriska operationer
som derivering, integrering, lösning av ekvationer med implicita
variabler samt minstakvadratanpassning av data till polynom.
Värderingsförmåga och förhållningssätt
För godkänd kurs skall studenten
- kunna värdera giltigheten i de modeller som presenterats i
kursen.
Kursinnehåll
Kursen är uppdelad i två huvudavsnitt:
Termodynamik
Termodynamiska grundbegrepp som arbete och värme, entropi,
entalpi, fri energi och kemisk potential.
Tillståndsekvationer för gaser.
Beräkningar på reversibla, irreversibla och adiabatiska
processer.
Kvantitativ behandling av fasjämvikter i enkomponentsystem.
Kvantitativa beräkningar av samband mellan tryck, temperatur och
sammansättning i icke-ideala tvåkomponentsystem med en eller
flera faser. Detta innefattar bl.a. begrepp som partiell molär
storhet och aktivitet, beräkning av kolligativa egenskaper och
termodynamisk beskrivning av destillation.
Termodynamisk behandling av kemisk jämvikt.
Ytkemi
Avsnittet syftar till att ge en introduktion till yt- och
kolloidkemi, ett område med många tillämpningar inom biologi,
grundläggande kemi och kemiteknik.
Vätskeytor: ytspänning (-energi); experimentella metoder att
mäta ytspänning. Gibbs adsorptionsisoterm. Ytaktiva ämnen.
Miceller; metoder att mäta kritisk micell koncentrationen (CMC).
Solubilisering. Filmer; ytvåg. Fenomen vid krökta ytor; Kelvin
ekvationen.
Fasta ytor: fysikalisk och kemisk adsorption. Termodynamiken
för adsorption. Olika adsorptionsisotermer. Vätningsfenomen.
Flytande kristallina faser: översikt av olika typer av
molekylära system som ger upphov till flytande kristaller.
Fasdiagram. Fasstruktur-lamellära, hexagonala, osv.
Egenskaper hos laddade ytskikt; DLVO-teorin.
Kursens examination
Betygsskala: TH
Prestationsbedömning: Examination sker genom en skriftlig tentamen. För slutbetyg krävs också att kursens fyra obligatoriska laborationer är godkända.
Antagningsuppgifter
Förutsatta förkunskaper: KOO080, KOO081, KOOA01 (Inledande kemi).
Begränsat antal platser: Nej
Kursen överlappar följande kurser: KFK060
Kurslitteratur
- Atkins, PW: Physical Chemistry, 9th Ed. Oxford 2009. ISBN: 9780199543373.
- Kompendium i Ytkemi.
- Övningskompendium i fysikalisk kemi.
- Laborationshandledningar.
Kontaktinfo och övrigt
Kursansvarig: Bengt Jönsson, Bengt.Jonsson@bpc.lu.se
Hemsida: http://www.cmps.lu.se/bpc/teaching/