UNIVERSITATEA "DUNĂREA DE JOS" GALAŢI FACULTATEA de Ştiinţe si Mediu DEPARTAMENTUL de CHIMIE, FIZICĂ SI MEDIU Adresa: Str. Domnească, nr. 111, 800201, Galaţi Nr. telefon / fax: +40 236 460780 E-mail: catalina.iticescu@ugal.ro PROGRAMA ANALITICĂ Disciplina: Chimie fizică. Termodinamică A. Locul disciplinei în planul de învăţământ: Anul Anul Total ore Forme de Nr. credite Cod de Sem. I Sem. II verificare disciplină studiu C S C S C Lab. Sem. I Sem. II Sem. I Sem. II Nr. ore 28 28 - - 28 28 E - 7 - UG S 03 III O 04 B. Obiectivele disciplinei: Termodinamica Chimică reprezintă unul dintre capitolele fundamentale ale Chimiei Fizice ce stă la baza pregătirii teoretice şi practice a studenţilor secţiei Chimie de la Facultatea de Ştiinţe. Toate reacţiile chimice sunt mai întîi studiate d.p.d.v. termodinamic pentru a determina posibilitatea de realizare a acestora. De asemenea, termodinamica chimică permite studiul fenomenelor izoterme, izobare, izocore şi adiabatice extrem de importante pentru proiectarea reactoarelor chimice şi a compresoarelor necesare realizarii reacţiilor la presiuni inalte. Un alt capitol important este studiul echilibrului chimic. Acest studiu permite calculul teoretic al compoziţiei unui sistem reactant la starea de echilibru şi influenţa temperaturii asupra echilibrului. C. Metode de predare învăţare: prelegerea, conversaţia euristică, explicaţia, dezbaterea, studiul de caz, problematizarea, portofoliul, studiul bibliografiei. D. Forme şi metode de evaluare: evaluare continuă ( pondere 30% ) prin metode orale, probe scrise, practice şi teme de casă (referat pe o temă la alegere din tematica disciplinei); evaluare sumativă (pondere 70%) prin probe scrise/orale din tematica studiată şi rezolvarea de probleme. E. Conţinutul cursului / număr de ore pentru fiecare temă: INTRODUCERE / 1oră Noţiunea de sistem termodinamic 1. STAREA GAZOASĂ / 1 oră 1.1. Gazele perfecte 1.1.a. Legea compresibilităţii izoterme (Boyle-Mariotte) 1.1.b. Legea dilatării termice la presiune constantă (Gay-Lussac) 1.1.c. Legea creşterii presiunii la volum constant (Charles) 1.2. Ecuaţia de stare a gazelor perfecte 1.3. Constante de material: α, κ T [i β 1.4. Amestecuri de gaze perfecte. Legea lui Dalton şi Amagat 1.5. Gazele reale. Ecuaţia de stare a gazelor reale Ecuaţii viriale pentru gaze reale 2. VARIABILE DE STARE / 2 ore
2.1. Definiţii şi clasificare 2.2. Proprietăţile funcţiilor de stare 2.3. Variabile extensive şi intensive. Funcţii omogene de ordinul I şi zero 2.4. Mărimi parţial molare 2.5. Studiul variabilelor extensive şi intensive în sisteme în care au loc reacţii chimice 2.5.1. Sisteme cu o singură reacţie. Gradul de avansare a reacţiei 2.5.2. Sisteme cu reacţii simultane 2.5.3. Reacţii chimice în sisteme deschise 3. PRINCIPIUL I AL TERMODINAMICII (PRINCIPIUL CONSERVARII ENERGIEI) / 4 ore 3.1. Lucrul de proces, căldura şi energia 3.1.1. Modificarea energiei prin schimb de lucru mecanic 3.1.2. Modificarea energiei sistemului prin schimb de căldură 3.2. Echivalenţa dintre lucru şi căldură. Echivalentul mecanic al caloriei 3.3. Energia internă. Ecuaţii de definiţie 3.3.1. Variaţia energiei interne cu parametrii T, V şi ξ. Efectul termic diferenţial şi integral 3.4. Entalpia. Ecuaţii de definiţie 3.4.1. Variaţia entalpiei cu variabilele T, p şi ξ 3.4.2. Relaţii între energia internă şi coeficienţii termici C p,ξ, h T,ξ şi h T,p 3.4.3. Relaţii între coeficienţii termici 3.5. Variaţia capacităţii calorice cu temperatura 4. TERMOCHIMIA /2 ore 4.1. Starea standard. Efectul termic standard 4.2. Entalpia de formare standard 4.3. Legea lui Hess 4.4. Ecuaţia lui Kirchhoff. Dependenţa efectului termic de reacţie de temperatură 4.5. Calculul efectelor termice standard de reacţie 4.6. Efecte termice de dizolvare şi diluare 4.6.1. Efectul termic integral de dizolvare 4.6.2. Efectul termic diferenţial de diluare şi diferenţial de dizolvare 4.6.3. Efectul termic integral de diluare 5. PRINCIPIUL DOI AL TERMODINAMICII (PRINCIPIUL CREERII ENTROPIEI) / 2 ore 5.1. Entropia 5.1.1. Variaţia entropiei în transformări ireversibile 5.1.2. Variaţia entropiei în procese fizice reversibile 5.2. Postulatul lui Planck (Principiul III al termodinamicii). Determinarea valorii absolute a entropiei 5.3. Entropia de formare standard 5.4. Variaţia entropiei în sisteme cu reacţii chimice 6. POTENŢIALE TERMODINAMICE / 3 ore 6.1. Noţiunea de potenţial 6.2. Potenţialele Helmholtz şi Gibbs 6.2.1. Interpretarea fizică a energiei libere Helmholtz si Gibbs 6.2.2.a. Variaţia energiei libere Gibbs cu presiunea 6.2.2.b. Variaţia energiei libere Gibbs cu temperatura 6.2.3. Variaţia energiei libere Helholtz si Gibbs în sisteme chimice 6.2.4. Variaţia energiei libere Gibbs în condiţii standard
6.3. Producţia de entropie şi afinitatea chimică 6.4. Afinitatea şi potenţialele termodinamice 6.5. Dependenţa energiei libere Gibbs de temperatură 7. POTENŢIALE CHIMICE / 3 ore 7.1. Ecuaţiile lui Gibbs-Duhem 7.2. Exprimarea potenţialului chimic în funcţie de compoziţia sistemului 7.2.1. Expresia potenţialului chimic în sisteme gazoase perfecte 7.2.2. Starea de referinţă 7.2.3. Expresia potenţialului chimic în sisteme gazoase reale. Fugacitatea Expresia potenţialului chimic în amestecuri de gaze reale 7.2.4. Expresia potenţialului chimic în cazul fazelor condensate. Activitatea 7.2.4.1. Soluţii. Soluţii ideale. Soluţii reale Sistemul de referinţă nesimetric Sistemul de referinţă simetric 7.3. Funcţii termodinamice de amestecare şi de exces 7.3.1. Funcţii termodinamice de amestecare 7.3.1.1. Funcţii termodinamice de amestecare la soluţii perfecte 7.3.1.2. Funcţii termodinamice de amestecare la soluţii ideale 7.3.1.3. Funcţii de amestecare la soluţii reale 7.3.2. Funcţii termodinamice de exces 8. ECHILIBRUL ÎN SISTEME FIZICE / 6 ore 8.1. Condiţia de echilibru între faze 8.2. Legea fazelor a lui Gibbs 8.3. Echilibrul între faze în sisteme monocomponente 8.3.1. Sisteme cu o singură fază 8.3.2. Sisteme cu două faze 8.3.3. Sisteme cu trei faze 8.4. Ecuaţia lui Clausius-Clapeyron 8.4.1. Curba de echilibru L-V pentru sisteme monocomponente 8.4.2. Ecuaţii empirice ale presiunii de vapori 8.4.3. Echilibrul solid-vapori (S-V) 8.4.4. Echilibrul solid-lichid (S-L) 8.5. Echilibrul de fază în sisteme bicomponente 8.5.1. Presiunea de vapori a soluţiilor perfecte. Legea lui Raoult 8.5.2. Legea lui Raoult şi Henry pentru soluţii ideale. Ecuaţia lui Duhem-Margules 8.5.3. Presiunea de vapori a soluţiilor lichide reale Calculul coeficienţilor de activitate 8.5.4. Echilibrul L-V la lichide miscibile în orice proporţie 8.5.4.1. Amestecuri azeotrope. Regulile lui Gibbs-Konovalov Condiţia de existenţă a azeotropului 8.5.5. Termodinamica lichidelor parţial miscibile 8.5.6. Sisteme cu lichide nemiscibile. Antrenarea cu vapori 8.6. Solubilitatea gazelor în lichide Coeficientul de absorbţie Bunsen, α Coeficientul de absorbţie Ostwald, β 8.7. Echilibrul soluţie diluată-solvent (solvitul nevolatil) Proprietăţi coligative 8.7.1. Creşterea temperaturii de fierbere a soluţiilor. Ebulioscopia 8.7.2. Scăderea temperaturii de congelare a soluţiilor. Crioscopia 8.7.3. Presiunea osmotică
8.8. Echilibrul soluţie-cristal în sisteme binare 8.8.1. Echilibrul de dizolvare 8.8.2. Echilibrul de fază topitură-solid în sisteme binare 8.9.1. Sisteme ternare cu lichide parţial miscibile 8.9.2. Legea de distribuţie a lui Nernst Calculul eficienţiei extracţiei L-L 9. ECHILIBRUL CHIMIC / 4 ore 9.1. Generalităţi 9.1.1 Echilibrul chimic în sisteme cu o singură reacţie chimică 9.1.2. Legea acţiunii maselor. Constanta de echilibru a reacţiilor în fază lichidă 9.1.3.Profilul energiei Gibbs functie de avansarea reactiei 9.1.4. Expresii ale constantei de echilibru `n in faza lichida si gazoasa 9.1.5. Calculul constantei de echilibru. Compozitia de echilibru 9.1.6. Izoterma de reacţie van t Hoff 9.1.7. Izobara de reacţie van t Hoff. Influen]a temperaturii asupra constantei de echilibru 9.1.8. Influenţa presiunii asupra constantei de echilibru 9.1.9. Influenţa gazului inert asupra echilibrului 9.1.10. Deplasarea echilibrului chimic. Principiul lui Le Chatelier 10.2. Echilibrul chimic în sisteme cu reacţii simultane F. Conţinutul lucrărilor de laborator / număr de ore pentru fiecare temă: Lucrări practice 1. Determinarea volumului parţial molar prin metoda volumului aparent molar / 2 ore 2. Verificarea legii de distribuţie a lui Nernst / 2 ore 3. Determinarea căldurii de formare a unei substanţe din căldura de combustie / 2 ore 4. Determinarea entalpiei molare de vaporizare si a entropiei molare de vaporizare /2 ore 5. Echilibrul lichid - vapori in sisteme binare / 2 ore 6. Determinarea efectului termic al reacţiilor de neutralizare / 6 ore 7. Determinarea masei molare prin metoda ebulioscopică /2 ore 8. Determinarea căldurii de dizolvare a unei sări / 2 ore 9. Colocviu de laborator / 2 ore G. Bibliografie de elaborare a cursului 1. C. Iticescu, Chimie fízică, Structura şi proprietăţile fizice ale moleculelor. Elemente de termodinamică chimică, 250 pagini, Galati University Press, 2008 2. G. Bourceanu, Fundamentele Termodinamicii Chimice, Ed. Universitatii "Al. I. Cuza"Iaşi, 2005 3. P. W. Atkins, J de Paula, Tratat de Chimie Fizică, Ed. Tehnică, 2005 4. Şt. Dima, C. Iticescu, Chimie Fizică Lucrări de laborator,135 p, Ed. Fundaţiei Universitare, 2002, ISBN 973-627-001-7. 5. Victor Isac, Ana Onu, Cornelia Tudoreanu, Gheorghe Nemtoi, Chimie Fizică, Lucrări Practice, Editura "Ştiinţa" Chişinău 6. P. W. Atkins, C. A. Trapp, Exerciţii şi probleme rezolvate de Chimie Fizică, Editura Tehnică, Bucureşti, 1997 H. Bibliografie minimală de studiu pentru studenţi 1 C. Iticescu, Chimie fízică, Structura şi proprietăţile fizice ale moleculelor. Elemente de termodinamică chimică, 250 pagini, Galati University Press, 2008 1 Este de preferat ca bibliografia minimală de studiu pentru surdenţi să identifice cu claritate şi precizie capitolele pe care studenţii le au de parcurs pentru atnigerea obiectivelor de predare şi învăţare, eventual fiind particularizată în funcţie de tematica cursurilor şi seminariilor.
Data aprobării programei analitice în catedră:1.10.2010 Titular disciplina: Conf. dr. Catalina Iticescu Decan: Prof. dr. ing. Lucian P. Georgescu Şef catedră: Conf. dr. Gheorghe Zgherea