Fizikai Kémia (2) előadás és számolási gyakorlat kémia alapszakosoknak
Kötelező előadás
Előadás: tavaszi szemeszter, 3 óra/hét előadás, 1 óra/hét számolási gyakorlat, 1 óra/hét szeminárium (14 hét) ECTS kredit: 4
Cél: A tantárgy épít a fizika (1) során megtanult ismeretekre, valamint a matematikai kalkulus ismeretére. Ezek alapján áttekinti a fenomenologikus termodinamika axiomatikus alapjait, valamint annak szerteágazó kémiai alkalmazásait. Vázlatosan összefoglalja a hagyományos termodinamikai alapvetést is. Rövid áttekintést nyújt transzportfolyamatok leírásáról, különös tekintettel a diffúzióra és az elektromos áram vezetésére. Részletesen foglalkozik töltött részecskéket tartalmazó rendszerek termodinamikájával, az elektrokémiai áramforrások közül főleg galváncellák egyensúlyi leírásával.
Előadó: Keszei Ernő, tanszékvezető egyetemi tanár, Inzelt György, egyetemi tanár (csak az őszi félévben)
Túri László egyetemi docens (csak a tavaszi félévben),
Előismeretek: Fizikai kémia (1). Lehetőség szerint alapismeretek matematikai analízisből, elemi fizikából.
Számonkérés: Szóbeli vizsga.
Jelentkezés: A Neptun rendszerén keresztül.
A reakciókinetika története; a reakciósebesség definíciója, kifejezése különböző deriváltakkal. Potenciálfelületek reagáló részecskerendszerekben; az átmeneti állapot elmélet. Bimolekulás reakciók elméletének egyéb leírásai. A sebességi együttható hőmérséklet- és nyomásfüggése Elemi reakciók definíciója, típusai. Elemi reakciók koncentráció-idő függvényei. Elsőrendű és másodrendű reakciók differenciálegyenletei, azok megoldásai. A Lindemann- és az RRKM-elmélet. Harmadrendű reakciók, előegyensúly. Sebességmeghatározó lépés különböző mechanizmusok esetén. Egyensúlyra vezető reakciók, párhuzamos reakciók és sorozatos reakciók kinetikája. Csatolt kinetikai egyenletek megoldása különböző módszerekkel. Bonyolult mechanizmusok kvázistacionárius megoldása. Láncreakciók, robbanások jellemzése és kinetikai kezelése. Katalizátorok és inhibitorok. Sav-bázis katalízis. Kísérleti módszerek a reakciókinetikában. Heterogén folyamatok, kétdimenziós állapotegyenletek és sebességi egyenletek, heterogén katalízis. Reakciómechanizmusok felderítése, reakciókinetikai eredmények kiértékelésére használatos numerikus módszerek.
Az elektrokémiai fogalmak kialakulásának rövid áttekintése. A galváncellák felépítése, a celladiagram. Potenciálkülönbség és egyensúly a fázishatárokon. Az elektrokémiai potenciál és tulajdonságai. A cellareakció standardpotenciálja és kapcsolata a cellareakció egyensúlyi állandójával. Töltött részecskék heterogén egyensúlya. A Volta- és a Galvani-potenciálkülönbség. Az elektródreakció potenciálja, az elektródpotenciál. Ionok képződési potenciálja. Az ionvezető fázis. Hidratáció, szolvatáció. Az oldott elektrolitok aktivitása, aktivitási tényezője. Az elektroneutralitás tétele. Erős elektrolitok elmélete. A Debye-Hückel elmélet. Transzportfolyamatok elektrolitoldatokban. Elektródok fajtái és jellemzőik ismertetése. A pH és meghatározása. A diffúziós potenciál. A koncentrációs elemek.
Elektródfolyamatok kinetikája. Az elektródfolyamat részlépései. Az áramsűrűség és a reakciósebesség közötti összefüggés. Az áram és a potenciál kapcsolata egyszerű redoxireakciók esetén stacionárius körülmények között. A polarizációs görbe. Az egyensúly kinetikai értelmezése. A csereáram. A reverzibilis és az irreverzibilis viselkedés értelmezése. A töltésátlépési reakció sebességét megszabó tényezők. Az elektronátlépés kinetikai leírásának klasszikus (Erdey-Grúz és Volmer-féle) elmélete. Az átlépési tényező értelmezése az aktivált komplexum elmélete és potenciálisenergia-görbék (DG – reakciókoordináta függvények) segítségével. Az elektronátlépési reakció sebességét meghatározó tényezők elektródreakciók és oldatbeli elektroncsere-reakciók esetén. A Marcus-féle elmélet fő vonásai. Az anyagtranszport hatása az elektródfolyamat kinetikájára. A Nernst-Planck egyenlet. A diffúzió, a migráció és a konvekció szerepe. A diffúziós áram, a diffúziós határáram. A diffúziós rétegvastagság fogalma. Összetett elektródreakciók kinetikája. Többszörös elektronátlépés. Az adszorpció (kemiszorpció, elektroszorpció) hatása a kinetikára. Sorozatos és párhuzamos töltésátlépés. A kapcsolt kémiai reakciók szerepe. Az elektrokatalízis. Az elektrokémia gyakorlati kérdései. Az elektrolízis kivitelezésének főbb szempontjai. Az elektrokémiai ipar. Elektrokémiai áramforrások. A korrózió elektrokémiai mechanizmusa. Fémek passzivitása. A korrózió elleni védelem elvi és gyakorlati szempontjai.