Novi doktorski studij

Popularizacija fizike

Uredovno vrijeme

Uredovno vrijeme za studente je radnim danom od 12 do 14 sati. U navedenom vremenu vrata hodnika Odjela za fiziku (prizemlje i prvi kat) bit će otključana, dok ulaz na suteren studentima nije dozvoljen. 

Fizikalna kemija (6 ECTS)

Studij: Diplomski studij Fizika
Godina: II.
Semestar: zimski
Broj sati u semestru (P+V+S): 30+15+15
Status predmeta: izborni
ECTS: 6

Opis predmeta:  .pdf

Izvedbeni program:  .pdf

Sadržaj
Kvantna mehanika. Nedostaci klasične fizike. Kvantizacija energijskih razina. Planck-ova formula. Fotoelektrički učinak. Spektar molekule vodika. Rutherford-ov model atoma. Bohrov model atoma. Dualnost val-čestica, De Broglie-eva formula. Schrödinger-ova jednadžba. Hamiltonijan. Vlastite funkcije i vlastite vrijednosti. Valna funkcija. Normizacija i interpretacija valne funkcije. Očekivana vrijednost Hamiltonijana. Superpozicija valnih funkcija. Heissenbergov princip neodređenosti. Primjena kvantne teorije u mehanici čestičnih gibanja: translacijsko gibanje (čestica u kutiji), vibracije, rotacije. Degeneracija energijskih stanja. Jednoelektronski atomi: Struktura. Schrödinger-ova jednadžba. Separacija internog gibanja. Atomske orbitale i energije. Energijski prijelazi elektrona. Atomi s više elektrona: helijev atom. Paulijev princip isključenja. Efekt zasjenjenja. Spin elektrona. Hundovo pravilo.
Struktura molekula: Born-Oppenheimerovo približenje. Teorija valentne veze. Teorija molekulskih orbitala. Hibridizacija. Osnove atomske i molekulske spektroskopije: Interakcija EM zračenja i atoma odn. molekula. Spektroskopska mjerenja. Rotacijski spektri. Vibracijski spektri. Elektronski spektri. Izborna pravila. Nuklearna magnetska rezonancija. Termodinamika. Fenomenološke terodinamičke veličine - funkcije, varijable. Definicija temperature - 0-ti glavni stavak. Tlak. Parcijalni plinski zakoni. Jednadžba stanja id. plina. Kinetička teorija plinova. Realni plinovi. Međudjelovanja molekula. Kritična točka (p,Vm,T). Van der Waalsova jednadžba stanja. 1. glavni stavak termodinamike: unutarnja energija, toplina, rad. Funkcije stanja nasuprot funkcijama ovisnim o putu promjene. Reverzibilna i ireverzibilna ekspanzija. Toplinski kapacitet. Entalpija. Primjeri entalpijskih promjena (termokemija). Hessov zakon. Kirchoffov zakon. Totalni diferencijal. Značenje i odnosi parcijaslnih derivacija termodinamičkih funkcija (cv, t, , cp, t, ...). Izoentalpijski proces. Rad pri adijabatskoj ekspanziji. 2. glavni stavak. Etropija. Spontani procesi. Carnotov ciklus. Entropija u ireverzibilnim procesima. Entropija faznih pretvorbi. Entropija pri ekspanziji id. plina. Ovisnost entropije o temperaturi. 3. (pomoćni) stavak termodinamike. Termodinamička skala temperature. Efikasnost procesa pretvorbe topline u rad. Gibbsova energija. Helmholtzova energija. Značenje G i A (maksimalni rad). Svojstva unutarnje energije. Svojstva Gibbsove energije. Ovisnost G o T i p. Kemijski potencijal. Temeljna jednadžba kemijske termodinamike. Fugacitet. Standardno stanje plina. Fazne pretvorbe. Fazni dijagram. Trojna točka. Stabilnost faza. Ovisnost ravnoteže faza o temp. i tlaku. Clapeyron-ova jednadžba. Ehrenfest-ova klasifikacija faznih pretvorbi. Smjese. Parcijalne molarne veličine. Gibbs-Duhemova jednadža. mixG, mixH, mixS. Kemijski potencijal tekućina, idealne tekućine, Raoult-ov zakon, Henry-ev zakon, idealno razrijeđene tekućine. Otopine. Koligativna svojstva. Osmoza. Faze, komponente, stupnjevi slobode. Fazno pravilo. Dvokomponentni sustavi. Dijagram tlaka pare. Dijagram temperatura-sastav. Destilacija. Zeotropne, azeotropne smjese.
Trokomponentni sustavi. Kemijska ravnoteža. Doseg reakcije. Reakcijska Gibbs-ova energija. Endergoni, egzergoni procesi (reakcije). Ravnotežni sastav reakcijske smjese. Aktivitet. Konstanta ravnoteže. Odnos između termodinamičke i praktičnih (npr. koncentracijske) konst.ravnoteže. Odziv ravnoteže na promjenu uvjeta (T, p). Le Chatelier-ov princip.Van't Hoff-ova jednadžba. Kiselinsko-bazna ravnoteža. Autoprotoliza (disocijacija) vode. pH. Kiselinsko-bazne titracije. Hendersson-Hasselbalch-ova jednadžba. Izračun pH u smjesi kiselina i baza. Puferske smjese. Elektrokemija. Ravnotežna elektrokemija. Termodinamička svojstva ionskih otopina. Termodin. funkcije stvaranja. Hidratacija iona. Solvatacija iona. Ionski aktivitet. Ionska jakost. Bjerrum-ova teorija. Debye-Hueckel-ov zakon. Potenciometrija. Elektrokemijski članci. Polureakcije i elekrodni procesi. Vrste elektroda. Reakcije u člancima. Elektromotorna sila članka. Potencijal spoja tekućina (Liquid junciton pot.). Odnos EMF-G. Nernst-ova jednadžba. Koncentracijski članci. Članak u ravnoteži. Standardni elektrodni potencijal. Ovisnost elektrodnog pot. o sastavu. Mjerenje stand. redukcijskog potencijala. Mjerenje aktivitetnog koeficijenta iona. Elektrokemijski red. Konstanta topljivosti. Ionselektivne elektrode. Mjerenje pH. Potenciometrijske titracije - određivanje pK vrijednosti. Termodinamičke funkcije iz EMF članka. Molekulska i ionska dinamika. Provodnost otopina. Jaki elektroliti. Zakon neovisnog gibanja iona. Kohlrausch-ov zakon. Slabi elektroliti. Otwald-ov zakon razrjeđenja. Pokretljivost iona. Transportni broj. Interakcije iona (teorija Debye- Hueckel-Onsager-a). Difuzija. Fick-ov zakon. Einstein-ov odnos. Difuzijski koeficijent. Nernst-Einstein-ova jdba. Stokes- Einstein-ova jdba.
Kinetika. Brzina reakcije. Red reakcije. Empirijski zakoni brzine reakcija. Integrirani zakoni. Reakcija prvog reda. Poluživot reaktanata. Reakcija drugog reda. Konstanta ravnoteže izražena preko konstanti brzine. Temperaturna ovisnost brzine reakcije. Arrhenius-ova jednadžba. Energija aktivacije. Elemetarne reakcije. Uzastopne elementarne reakcije - promjena koncentracije, korak koji određuje brzinu, aproksimacija ustaljenog stanja. Teorija aktiviranog kompleksa. Reakcijska koordinata. Prijelazno stanje. Eyring-ova jednadžba. Aktivacijska Gibbs-ova energija, entalpija i entropija. Ionske reakcije. Kinetički efekt soli. Dinamika molekulskih sudara.

Literatura
P.W. Atkins, Physical Chemistry, 5th Ed., Oxford University Press, 1994.