Fizikai kémia záróvizsga (2007)
A vizsga 2 részből áll. A diplomamunka védése egy nyilvános tanszéki előadáson történik, a vizsgázás tételekből pedig egy másik időpontban. A védés időpontjára a hallgatók javaslatot tehetnek a vizsgabizottság elnökénél, aki egyeztet a többi taggal, és meghirdeti a védést. Hasonlóképpen, a védést követően szerveződik a vizsgázás is a tételekből.
A diplomamunkának bekötve és interneten is elérhetőnek kell lennie néhány nappal a védés előtt.
A
Fizikai Kémiai Záróvizsgabizottság tagjai: Keszei Ernő egyetemi tanár,
elnök
Gilányi Tibor egyetemi tanár
Inzelt György egyetemi tanár
Jancsó Gábor egyetemi magántanár (KFKI)
Pápai Imre tudományos tanácsadó (KKKI)
Szalay Péter egyetemi tanár
Állandó meghívottak: a Fizikai Kémiai Tanszék vezetője + a hallgató
szakdolgozati témavezetője
A fizikai kémia záróvizsga tételei (2007) (letölthető pdf változat)
Minden vizsgázó 12 tételt választ a 3 tételsorból. Ezen belül lehetőség van arra, hogy 10 tételt egyetlen tételsorból válasszon, a másik kettőből csak egyet-egyet. Ettől eltérni olyan módon lehetséges, hogy a „fő” tételsorból kevesebbet, a másik kettőből többet választ.
A kiválasztott 12 tétel mellé további 3 tételt írhat fel minden hallgató a szaklaboratóriumi témája, vagy érdeklődési köre területéről. Ez a 3 tétel kikerülhet a tételsorokból is, de lehet azoktól különböző is.
A 12 + 3 kiválasztott tételt a hallgató először diplomamunkájának témavezetőjével egyezteti, majd az egyeztetett tételsort bemutatja a záróvizsga-bizottság elnökének. Egyetértés esetén a tételsort lezárják, és a hallgató ebből készül a záróvizsgára. A záróvizsgán 2-3 tételből felel, de a többiből is lehet kérdezni.
A1. A termodinamika tárgya. A termodinamikai rendszer jellemzői. A termodinamika axiómái. Az entrópia tulajdonságai. Energia, munka és hő. Egyensúly izolált és adiabatikus rendszerekben. A klasszikus termodinamika főtételei.
A2. A termodinamika fundamentális egyenletei és az állapotegyenletek. Energia és entrópia bázisú intenzív változók. Termodinamikai egyensúly izobár, izoterm, valamint izoterm-izobár rendszerekben. Az egyensúly feltétele intenzív és extenzív mennyiségekkel kifejezve.
A3. Az S, U, H, F és G függvények, azok kifejezése mérhető mennyiségek (aT, kT, CP, CV) segítségével. Formális összefüggések: Euler formula, Gibbs-Duhem egyenlet, Maxwell relációk, Gibbs Helmholtz egyenlet.
A4. A statisztikus termodinamika alapjai. Energiaeloszlás és partíciós függvény mikrokanonikus és kanonikus sokaságokban. Kanonikus állapotösszeg számítása molekuláris partíciós függvények segítségével. Termodinamikai mennyiségek (S, U, H, F és G, aT, kT, CP, CV) számítása a partíciós függvényekből.
A5. Fázisegyensúlyok. A Gibbs-féle fázisszabály és alkalmazása. Egykomponensű rendszerek fázisegyensúlyai, fázisdiagramjai. Kétkomponensű rendszerek egyensúlyai. Folyadék-gőz és szilárd folyadék fázisdiagramok, ezek típusai. Kettőnél több komponensű elegyek fázisegyensúlyai, fázisdiagramjai. Megoszlási egyensúlyok.
A6. Ideális és reális elegyek. Fugacitás, aktivitás, standard mennyiségek. Parciális moláris mennyiségek és meghatározásuk. Kolligatív tulajdonságok (fagyáspontcsökkenés, forráspontemelkedés, gőznyomáscsökkenés, ozmózis), ezek termodinamikai leírása.
A7. Kémiai egyensúlyok reagáló rendszerekben. Az egyensúlyi állandó és a reakcióra jellemző standard mennyiségek. A reakcióhő és az egyensúlyi állandó nyomás- és hőmérsékletfüggése.
A8. Nemegyensúlyi termodinamika. Transzportfolyamatok. Az általános transzportegyenlet és alkalmazása diffúzióra és viszkózus folyásra. Traszportfolyamatok elektrolitoldatokban (diffúzió, diffúziós potenciál, elektromos vezetés).
A9. Kémiai reakciók molekuláris dinamikája. Reakció potenciálfelületek. Aktiválási energia. Reakcióutak. Az ütközési elmélet és az átmenetiállapot-elmélet bimolekulás reakciók és unimolekulás reakciók esetén.
A10. Reakciók mechanizmusa. Elemi reakciók és összetett reakciók. Elemi reakciók sebességi egyenletei. Reakciósebességi egyenletek általános alakja, azok megoldása. A reakciók rendje, a rend alkalmazhatósága, annak kísérleti meghatározása a sebességi egyenlet alapján. A reakciósebességi együttható nyomás- és hőmérsékletfüggése.
A11. Összetett reakciók sebességi egyenleteinek megoldási módszerei. A kvázistacionaritás elve, használhatósága. Összetett reakciók vizsgálatára alkalmas módszerek, azok diszkutálása. Láncreakciók és robbanások.
A12. Molekuláris mozgások sebessége, elemi reakciók sebessége. Gyors reakciók tanulmányozására alkalmas kísérleti berendezések.
A13. Katalízis és inhibíció. Autokatalízis, autoinhibíció, ezek kimutatása a reakciórend megváltozásának alapján. Sav-bázis katalízis. Heterogén reakciók mechanizmusa, heterogén katalízis.
A14. Töltött részecskéket tartalmazó fázisok termodinamikája. (Elektroneutralitás elve, elektrokémiai potenciál, közepes aktivitás, Born-formula, Debye-Hückel határtörvény.)
A15. Heterogén elektrokémiai rendszerek. Galváncellák jellemzése és termodinamikai leírása. Elektródok jellemzése, osztályozása és termodinamikai leírása.
A16. Elektródfolyamatok kinetikája és polarizációs görbék. Elektródfolyamatok vizsgálata potenciosztatikus és galvanosztatikus módszerrel. Elektrokémiai áramforrások, elektrolízis. Elektrokémiai korrózió és korrózióvédelem.
A17. Érzékelők, szenzorok, mérőberendezések. Vezérlés és szabályozás. Számítógépes adatgyűjtés és vezérlés.
A18. Termokémiai mérések, kalorimetria. Kétkomponensű elegyek fázisdiagramjainak tanulmányozása.
A19. Optikai mérési módszerek alkalmazása kémiai reakciók egyensúlyának, kinetikájának vizsgálatában.
A20. Elektrokémiai mérési módszerek alkalmazása kémiai reakciók termodinamikai tulajdonságainak, egyensúlyának, kinetikájának vizsgálatában.
E1. A kvantummechanika axiómái és fontos fogalmai: fizikai mennyiségek, ezek mérése, állapotfüggvény, várható érték, stacionárius állapotok, fizikai mennyiségek egyidejű mérése, Heisenberg-féle határozatlansági reláció.
E2. Egy- és többelektronos rendszerek kvantummechanikai leírása: Hamilton-operátor, a Schrödinger-egyenlet megoldási módszerei, az egzakt megoldás elve a hidrogénatom esetében, a hullámfüggvény általános alakja, különböző közelítései; a független elektron modell (FEM), a Hartree- és a Hartree-Fock-módszer (mint a Hartree-módszer általánosítása); Pauli-elv, Slater-determináns.
E3. Atomok kvantummechanikai leírása: a hidrogénatomra kapható eredmények értelmezése, sajátértékek, sajátfüggvények, kvantumszámok, pályák ábrázolása, degeneráció, Zeeman-effektus (mágneses tér hatása), elektronspin; többelektronos atomok elektronszerkezete a FEM keretében: pálya, pályaenergia, héj, Aufbau-elv, elektronkonfiguráció, az atom állapotainak jellemzése és jelölése, Hund-szabály, spin-pálya kölcsönhatás.
E4. Molekulák elektronszerkezete: Hamilton-operátor, H2+-ion pályái, pályaenergiák függése a kötéshossztól, LCAO-MO közelítés, a hidrogénmolekula elektronszerkezete VB és MO leírásban, az A2 típusú molekulák elektronszerkezete az MO elmélet keretében.
E5. A vízmolekula elektronszerkezetének jellemzése az MO és VB elméletek keretében: kanonikus és lokalizált pályák, hibridpályák. Metán, etán, acetilén és ammónia molekulák, valamint az allilgyök elektronszerkezete a VB elmélet keretében. A VB elmélet és a Lewis-féle szerkezet kapcsolata.
E6. A szerkezetkutató módszerek általános áttekintése: történet, közelítések, energiaszintek, kiválasztási szabályok, az elektromágneses spektrum, a szimmetria szerepe a spektrumok értelmezésében, az eltűnő integrálok szabálya.
E7. Forgási spektroszkópia: többatomos molekulák forgásának klasszikus- és kvantummechanikája, pörgettyű típusok, energiaszintek és kiválasztási szabályok.
E8. Rezgési spektroszkópia: Többatomos molekulák rezgésének klasszikus és kvantummechanikai leírása, harmonikus oszcillátor, normálkoordináták, szimmetria és a rezgési spektrum, kiválasztási szabályok. Rezgési Raman spektroszkópia. Egyszerű spektrumok értelmezése.
E9. Elektronspektroszkópia: a látható-ultraibolya (UV-VIS) spektroszkópia alapelvei, Jablonski-diagram, kiválasztási szabályok, elektronszínképek rezgési finomszerkezete (Franck-Condon-elv), radiatív és nem-radiatív folyamatok: belső konverzió, spinváltó átmenet, disszociáció és predisszociáció, fluoreszcencia és foszforeszcencia; fotoelektron-spektroszkópia, Koopmans-elv.
E10. Az NMR spektroszkópia: általános elvek, NMR spektrumok mérése, a kémiai eltolódás és a spin-spin csatolás. Egyszerű spektrumok értelmezése.
K1. Határfelületi többletenergia és következményei. Felületi feszültség, nyomásegyensúly görbült felülettel elválasztott fázisok között, folyadékcsepp egyensúlyi gőznyomása, részecskék oldhatósága.
K2. A (Gibbs-féle) határfelületi termodinamika alapjai. A Gibbs adszorpciós egyenlet és alkalmazása. Kapilláraktív és inaktív anyagok.
K3. Adszorpció különböző határfelületeken. Adszorpciós izotermák. Az adszorpciós réteg állapotegyenlete.
K4. A határfelület elektromos szerkezete. A töltésszeparáció oka. Helmholtz modell. Gouy-Chapman modell. Specifikus és nem-specifikus ionadszorpció. Stern modell.
K5. A kolloidstabilitás klasszikus (DLVO) elmélete. A koaguláció kinetikája. Az elektrolitkoncentráció hatása a koaguláció sebességére. Sztérikus stabilizálás.
K6. Diszperz kolloid rendszerben lejátszódó folyamatok. Szedimentáció, izoterm átkristályosodás, aggregáció. Az egyes folyamatokat meghatározó fontosabb paraméterek szerepe.
K7. Asszociációs kolloidok. A micellaképződés pszeudo-fázisszeparációs és tömeghatás modellje. A hidrofób kölcsönhatás. Keverékmicellák. Szolubilizáció, polimer-tenzid komplexképződés.
K8. Makromolekulás kolloidok. Polimeroldatok. A statisztikus gombolyag. A láncvégtávolságot meghatározó paraméterek. Polimergélek. Polielektrolitok.
K9. Reológiai alapfogalmak. Folyástípusok fenomenológiai osztályozása. Az egyes folyástipusok anyagszerkezeti magyarázatai. A kolloid rendszerek reológiai tulajdonságainak komplex jellemzése. Gumirugalmasság.
K10. Elektrokinetikai jelenségek. Fényszóródás kolloid rendszerekben.