1. KEMIJSKA TERMODINAMIKA
2 sata predavanja + 1 sat seminara
ISPIT
PISMENI ISPIT
kolokvija; u svakom kolokviju dva računska zadatka
≥ 50 % (svaki) oslobađanje od pismenog dijela ispita
pismeni ispit; tri računska zadatka
prolaz ≥ 50 %
USMENI ISPIT
Korisničko ime: kemterm
Lozinka: terma55

2. KEMIJSKA TERMODINAMIKA
Četiri stavka termodinamike, osnovne termodianmičke veličine, kemijska ravnoteža
Odnos fenomenološke termodinamike i mnoštva čestica (makroskopska i mikroskopska slika).
Vjerojatnost i statistika. Fermi-Diracova i Bose-Einsteinova statistika. Razrijeđeni sustavi i Maxwell-Boltzmannova statistika.
Najvjerojatnija raspodjela po energijama. Odnos particijskih funkcija za mnoštvo molekula i molekularne particijske funkcije.
Izvodi makroskopskih svojstava (termodinamičkih veličina) na temelju particijskih funkcija: U, S, CV, H, p, G, A, kemijski potencijal.
Primjena na različite sustave: Einsteinov model kristala, idealni plin, plinske reakcije. Konstanta ravnoteže i molekularne particijske funkcije.
Eksperimentalna termodinamika (prijenos topline, osnovne metode termometrije, reakcijska adijabatska i izotermna (mikro)kalorimetrija, disolucijska kalorimetrija,
Termodinamičke veličine vezane uz solvataciju (termodinamičke funkcije prijenosa, standardne i empirijske (stehiometrijske) konstante ravnoteže kemijskih reakcija, eksperimentalno određivanje konstanti ravnoteže i drugih termodinamičkih reakcijskih parametara.)

3. LITERATURA ZA KOLEGIJ:
1. E. Dickerson: Molecular Thermodynamics, Benjamin, New York K. S. Pitzer: Thermodynamics, 3. izd., McGraw Hill, New York N. M. Laurendeau: Statistical Thermodynamics, Cambridge University Press, Cambridge T. Cvitaš: Fizikalna kemija, rkp. u pripremi i dijelom dostupan u SKK i na mrežnoj adresi ftp://ftp.chem.pmf.hr/download/cvitas/FizKem. (poglavlja 15 i 19) DODATNA LITERATURA ZA KOLEGIJ:
5. Vl. Simeon: Termodinamika, Školska knjiga, Zagreb, i novije izdanje: Vl. Simeon, Kemijska termodinamika, rkp. u pripremi i dijelom dostupan u SKK.  6. D. A. McQuarie, J. D. Simon: Molecular Thermodynamics, University Science Books, Sausalito, CA, R. H. Fowler, E. A. Guggenheim: Statistical Thermodynamics, 2. izd., The University Press, Cambridge 1956.
D. A. McQuarrie & J. D. Simon, Molecular Thermodynamics, University Science Books, Sausalito, CA, 1999.
Vl. Simeon, Kemijska termodinamika, 2. izd. - rkp. {primjerak za studentsku uporabu nalazi se u CKB}
D. Kondepudi & I. Prigogine, Modern Thermodynamics, Wiley, New York 1998.
G. Nicolis & I. Prigogine, Self-organization in Non-equilibrium Systems, Wiley, New York 1977.

4. KEMIJSKA TERMODINAMIKA
–znanost o ravnotežnim stanjima SUSTAVA
-znanost o toplini, radu, energiji i promjenama u stanjima SUSTAVA
uzrokovanim navedenim fizikalnim veličinama
SUSTAV
makroskopski dio svemira čija nas svojstva zanimaju
(termodinamika nije primjenjiva na mikrosustava već samo na makrosustave
koji se sastoje od mnoštva čestica)
OKOLINA
Dio svemira koji mogu interagirati sa sustavom

5. SUSTAVI OTVORENI SUSTAV
- moguć transfer materije između sustava i okoline
ZATVORENI SUSTAV
- nije moguć transfer materije između sustava i okoline
IZOLIRANI SUSTAV
- nema interakcije s okolinom (nužno zatvoren)
NEIZOLIRANI SUSTAV
- interakcija s okolinom izmjenom topline ili radom
- prijenos topline između sustava i okoline nije moguć
ADIJABATSKA STIJENKA
DIJATERMNA STIJENKA
- moguć prijenos topline između sustava i okoline

6. Termodinamika se temelji na četiri postulata (stavka) koji su rezultat generalizacije velikog broja eksperimenata
NULTI STAVAK (pojam temperature i termičke ravnoteže)
PRVI STAVAK (kvantificira promjenu unutrašnje energije neizoliranih sustava)
DRUGI STAVAK (uvođenje pojma entropije)
TREĆI STAVAK (ishodište entropije )

7. TERMODINAMIČKE VELIČINE
UNUTRAŠNJA ENERGIJA (U)
- suma kinetičkih i potencijalnih energija svih čestica koje se nalaze u sustavu (mikroskopska definicija)
-ukupna energija sustava koji se ne nalazi u vanjskom polju sila (makroskopska definicija)
ENTROPIJA (S)
- veličina koja definira raspodjelu energije u sustavu
TOPLINA (q)
- oblik prijenosa energije (između sustava i okoline) uslijed razlike
u temperaturi
RAD (w)
- oblik prijenosa energije uslijed djelovanja vanjske sile na sustav
... G, A, CP, CV,

8. NULTI STAVAK (uvođenje temperature i termičke ravnoteže)
Def.:
Dva su sustava u termičkoj ravnoteži ako su im temperature jednake.
Dva su sustava u termičkoj ravnoteži ako postoji treći sustav koje je u termičkoj
ravnoteži sa svakim od tih sustava.
Termička ravnoteža podrazumijeva da nema promjene u stanjima sustava i okoline
odijeljenih dijaterminim stijenkama. Odnosno, umetanjem dijatermne stjenke u sustav u dijelovima sustava ne smije biti makroskopskih promjena.

9. q q
SUSTAV
OKOLINA w

10. PRVI STAVAK

11. PRVI STAVAK
Idealni plin, fizikalne promjene

12. PRVI STAVAK
Entalpija

13. PRVI STAVAK
Idealni plin, fizikalne promjene
izobaran proces
izohoran proces
izoterman proces
Idealan plin

14. HCl(ag) + NaOH(aq)→ NaCl(aq) + H2O(l)
PRVI STAVAK
Kemijske reakcije
HCl(ag) + NaOH(aq)→ NaCl(aq) + H2O(l)
HCl
NaOH

15. HCl(ag) + NaOH(aq)→ NaCl(aq) + H2O(l)
PRVI STAVAK
Kemijske reakcije
HCl(ag) + NaOH(aq)→ NaCl(aq) + H2O(l)
Reaktanti tekućine i krutine
HCl
NaOH

16. CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g)
PRVI STAVAK
T =konst.
manometar
plin
Kemijske reakcije
plin
CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g)
CaO(s)
CO2(g) →
CaCO3(s)

17. DRUGI STAVAK
Postoji funkcija stanja čiji je diferencijal jednak:
i koja u izoliranom sustavu postiže
maksimalnu vrijednosti.
MAKROSKOPSKA VELIČINA
Promjenu entropije za ireverzibilan proces moguće je odrediti
pronalaženjem reverzibilnog puta ( reverzibilno izmijenjena toplinom s okolinom)
Za ireverzibilno izmijenjenu toplinu promjena entropije sustava
ista je kao i za reverzibilan proces međutim izmijenjena toplina nije jednaka.

18. DRUGI STAVAK
Idealan plin
izoterman proces
izohoran proces
izobaran proces

19. DRUGI STAVAK
ekspanzija u vakuum

20. Gibbsove jednadžbe DRUGI STAVAK zatvoreni sustav
Volumni reverzibilni rad
Reverzibilna izmjena topline s okolinom
Konstantan sastav

21. Okolina – u termičkoj i mehaničkoj ravnoteži tijekom promjene (termički i mehanički „pufer”)
Sustav – Tf = Ti = Tok.= T
Moguć je put tijekom kojeg je sustav u termičkoj i mehaničkoj ravnoteži s okolinom (npr. reakcija iznimno spora) međutim sustav tijekom tog puta nije u materijalnoj ravnoteži.
HCl
NaOH

22. T = konst.; pex = konst.; pi = pf = pex= p
MATERIJALNA RAVNOTEŽA
Kemijske reakcije (ireverzibilna (spontana) promjena kemijskog sastava)
Fazne transformacije (ireverzibilna pretvorba jedne faze u drugu)
T = konst.; pex = konst.; pi = pf = pex= p
sustav i okolina čine izolirani sustav

23. MATERIJALNA RAVNOTEŽA

24. mi* = Gm(i), čista tvar MATERIJALNA RAVNOTEŽA Realni sustavi
Idealni plin
mi* = Gm(i), čista tvar

25. MATERIJALNA RAVNOTEŽA
Idealna plinska smjesa
mB =mB* = Gm(B)

26. MATERIJALNA RAVNOTEŽA
Konvencija!
2H2(g) + O2(g)  2 H2O(g)

27. TREĆI STAVAK
Entropije elementarnih tvari
Entropije kemijskih spojeva
Nernstov stavak
Promjena entropije sustava u kojemu se zbiva izoterman proces teži
nuli kada T teži nuli

28. TREĆI STAVAK
P =1 bar, T = konst.
Bilo koji spoj ili elementarna tvar

29. MATERIJALNA RAVNOTEŽA
Gibbs-Helmholtzova jednadžba
van’t Hoffova jednadžba (temperaturna ovisnost konstante ravnoteže)

30. KEMIJSKA TERMODINAMIKA
FENOMENOLOŠKA TERMODINAMIKA
TERMODINAMIČKE VELIČINE KOJE KARAKTERIZIRAJU
STANJA SUSTAVA I NJIHOVE PROMJENE
ISKUSTVENA
NE PRUŽA UVID KAKO SU NAVEDENE PROMJENE STANJA
POVEZANE S ENERGIJSKIM STANJIMA ČESTICA I RASPODJELOM
ČESTICA PO MOGUĆIM STANJIMA
STATISTIČKA TERMODINAMIKA
NA OSNOVI POZNAVANJA RASPODJELE ČESTICA PO MOGUĆIM
ENERGIJSKIM STANJIMA OMOGUĆAVA IZRAČUN TERMODINAMIČKIH
VELIČINA I NJIHOVIH PROMJENA
OGRANIČENJA: SUSTAV OD MNOŠTVA NEOVISNIH ČESTICA

31. ENERGETSKA STANJA ATOMA I MOLEKULA
energija molekula i atoma (čestica) je kvantizirana
energija koju čestice posjeduju rezultat je njihova gibanja i međumolekulskih interakcija
Oblici gibanja:
translacija (atomi i molekule)
rotacija (molekule)
vibracije (molekule)
gibanje elektrona u molekulama
Međumolekulske interakcije:
realni plinovi
kondenzirane faze (tekućine i krutine)
u sustavu neovisnih čestica gibanja se u prvoj aproksimaciji mogu smatrati neovisnima

32. ε – ukupna energija τ – kinetička energija v –potencijalna energija
TRANSLACIJE
ε – ukupna energija
τ – kinetička energija
v –potencijalna energija
n- translacijski kvantni broj

33. ROTACIJE (DVOATOMNE MOLEKULE)
-rotacijski kvantni broj

34. VIBRACIJE (DVOATOMNE MOLEKULE)re μ r

35. energija koju molekule imaju u odnosu na slobodne atome
ELEKTRONSKA ENERGIJA
energija koju molekule imaju u odnosu na slobodne atome
VELIKA JE VEĆINA JE MOLEKULA (I ATOMA ) PRI VISOKIM
TEMPERATURAMA U OSNOVNOM ELEKTRONSKOM STANJU
(razlike između osnovnog i prvog pobuđenog elektronskog stanja atoma i molekula
u pravilu su dovoljno velike da se napučenost svih stanja osim osnovnoga može
za sve slučajeve koje ćemo razmatrati mogu zanemariti)
OSNOVNO ELEKTRONSKO STANJE PROIZVOLJNO JE ISHODIŠTE ENERGIJE ATOMA I MOLEKULA U STATISTIČKOJ TERMODINAMICI (FIZIKALNE PROMJENE)
OSNOVNO ELEKTRONSKO STANJE;

36. DEGENERACIJA I NAPUČENOSTI
broj kvantnih stanja određenog energijskog stanja
translacije – male energijske razlike između pojedinih energijskih stanja,
veliki broj mogućih kvantnih stanja za viša energijska stanja
rotacije- degeneracija za svaki rotacijski energijski nivo 2J+1 (linarni rotori)
vibracije – nedegenerirani energijski nivoi
elektronska stanja – varijabilna degeneracija (ovisno o čestici)
VRSTE ČESTICA
fermioni i bosoni – dvije vrste kvantnih statistika

37. MOGUĆE RASPODJELE ČESTICA PO DOSTUPNIM ENERGIJSKIM STANJIMA
(vrste čestica, degeneracije energijskih stanja, ukupna energija sustava)
VJEROJATNOSTI POJEDINIH RASPODJELA
sve moguće raspodjele nisu jednako vjerojatne
APROKSIMACIJE
Maxwell-Boltzmannova raspodjela za “kvantno razrijeđene sustave”
...čestična particijska funkcija, sistemska particijska funkcija
U, S, H, G, A, CP, CV,