Fyzikální chemie Úvod do studia, základní pojmy HMOTA A JEJÍ VLASTNOSTI
POSTAVENÍ FYZIKÁLNÍ CHEMIE V PŘÍRODNÍCH VĚDÁCH HISTORIE FYZIKÁLNÍ CHEMIE
ZÁKLADNÍ POJMY
Formy a nositelé hmoty DEFINICE FORMY HMOTY • Látka – forma s přetržitou strukturou • Pole – forma s nepřetržitou strukturou
NOSITELÉ HMOTY • Neživé látkové systémy, živé organismy • Soubory mikro a makročástic
jsou nerozlučně spojeny
Formy a nositelé hmoty • Hmota se skládá z atomů
• Každý atom tvoří atomové jádro a obal z elektronů • Jádro je složeno z protonů a neutronů
Je to vše ?
Nikoliv! Následují elementární částice
Částice a jejich vlastnosti
Částice a jejich vlastnosti CHARAKTERISTIKY ZÁKLADNÍCH ČÁSTIC HMOTY Skupina
Částice
Fotony
foton
μ
0
0
∞
Leptony
elektron
e-
-1
1
∞
mion
μ-
-1
207
2,2 μs
neutrino
ν
0
0
∞
π-mezon
π
0
264
0,08 fs
pion
π+
+1
273
26 ns
π-
-1
273
26 ns
proton
p
+1
1836
∞
neutron
n
0
1839
900 s
Mezony
Baryony
Označení Elektr. náboj
Hmotnost
Doba života
Vlastnosti hmoty • Schopnost konat práci – mírou schopnosti konat práci je energie
• Setrvačnost – mírou setrvačnosti je hmotnost
Každá forma hmoty má hmotnost a energii
Vývoj hmoty = pohyb interakce
Hmota a její vlastnosti ATRIBUTY HMOTY pohyb
prostor
čas hmotnost
s pohybem souvisí jeho kvantitativní měřítka energie
E = mc2 m - klidová hmotnost
Částice a jejich vlastnosti ZÁKLADNÍ INTERAKCE HMOTY
Druh interakce
Silná
Elektromagnetická
Slabá
Gravitační
Formy pohybu hmoty FORMA POHYBU
NOSITEL POHYBU
mikrofyzikální
pole elementární částice
chemická
atomy, molekuly, ionty a radikály
mechanická
soubory mikro a makročástic - látky
biologická
živé organismy
společenská
společnost
Hmota
Přírodní vědy z dnešního pohledu
astronomie
chemie geologie ....
fyzika
Fyzika STUDUJE nejvšeobecnější formy
a projevy
HMOTY
a přitom musí provádět abstrakce jedná se často o formy a projevy hmoty abstraktní
• oddělení jiných věd – biologie • uspořádané poznatky o vzniku a vlastnostech neživých objektů – chemie a mineralogie
Chemie a částice
Kdyby byl atom veliký jako fotbalové hřiště, bylo by jádro veliké zhruba jako fotbalový míč (a proton ještě desetkrát menší)
Chemie STUDUJE
podstatu
vlastnosti
složení
HMOTY
a změny kterými prochází CHEMIE STUDUJE
• chemické reakce vzniku a přeměny látek • zkoumá podmínky průběhu chemické reakce (rychlost, rovnováhu) • úkazy provázející chemické reakce (termochemie) • vysvětluje kvalitativní a kvantitativní stavbu látek
Rozdělení chemie CHEMIE
obecná
anorganická fyzikální
analytická
organická
radiochemie biochemie
geochemie
Vymezení fyzikální chemie - nauka o vzájemném vztahu mezi - strukturou molekul, vlastnostmi chem. sloučenin a chem. reakcemi - a fyzikálními vlastnostmi, podmínkami a jevy, které provázejí chemické děje.
Historická období fyzikální chemie 2. polovina 18. století - Lomonosov Fyzikální chemie je věda, která na základě řada objevů to, co probíhá ve vědvýznamných a zkušeností vysvětluje složitých tělesech při chemických operacích
r. 1887 v Lipsku, W. Ostwald a Van¨t Hoff
Mendělejev přelom 19. a 20. století
vznik nových oborů
De Broglii, Schödirnger, Heisenberg první polovina 20. století
postupná diferenciace fyzikální chemie
Části fyzikální chemie FYZIKÁLNÍ CHEMIE koloidní chemie
chemická termodynamika
nauka o struktuře hmoty
elektrochemie
chemická kinetika
význam uvedeného dělení
Soustava a její vlastnosti SOUSTAVA definice
STAV SOUSTAVY • popis stavu systému a jeho pohybu pomocí číselně vyjádřitelných vlastností
fyzikálních veličin
Soustava a její vlastnosti soustavy
makroskopické mikroskopické
soustava izolovaná
uzavřená
otevřená
Soustavy
Látková forma hmoty
čisté látky
prvky
sloučeniny
směsi
homogenní heterogenní
Složení soustav HMOTNOSTÍ ZLOMEK MOLOVÝ ZLOMEK
OBJEMOVÝ ZLOMEK KONCENTRACE LÁTKOVÉHO MNOŽSTVÍ MOLALITA
Soustava a její vlastnosti Různé pohledy na rozdělení veličin skalární
1. rozdělení
veličiny
2. rozdělení
vektorové intenzivní
extenzivní integrální
3. rozdělení
parciální
závisí na předchozí historii
4. rozdělení
nezávisí na předchozí historii – stavové funkce
Děje v soustavách PARCIÁLNÍ MOLÁRNÍ VELIČINY HOMOGENNÍ SOUSTAVA a její složení parciální molární veličiny = derivace extenzivních vlastností soustavy podle množství jednotlivých složek za konstantního množství ostatních složek příklady
Soustava a její vlastnosti ZÁKLADNÍ STAVOVÉ VELIČINY makroskopických soustav
tlak
objem
látkové množství
teplota
• vztahy mezi veličinami = fyzikální a fyzikálněchemickými rovnicemi
f(T, p, V, n) = 0 zákony
Zákony
ZÁKLADNÍ ZÁKONY HMOTY • zákon zachování hmoty • zákon zachování energie
Děje v soustavách změny ve stavu soustavy
vratný
probíhá děj
nevratný
kruhový
Děje v soustavách DĚJE PROBÍHAJÍCÍ ZA KONSTATNÍ VELIČINY
název děje izotermický
konstantní veličina teplota
označení [T]
izobarický
tlak
[p]
izochorický adiabatický
konstantní objem teplo
[V] [ad.]
izoentropický
entropie
[S]
izoentalpický
entalpie
[H]
polytropický
tepelná kapacita
[C]
Dodatek - vlastnosti celkového diferenciálu z = f(x,y)
celkový diferenciál funkce s více proměnnými druhý diferenciál kruhový integrál úplného deferenciálu je roven 0
