Fizikai-kémiai számítások ( ATOMELMÉLET; A TÖKÉLETES GÁZOK KINETIKUS ELMÉLETE; TÖKÉLETES GÁZOK; A TERMODINAMIKA ALAPJAI; HALMAZÁLLAPOTOK; FÁZISEGYENSÚLYOK; KÉMIAI EGYENSÚLYOK ÉS A TERMODINAMIKA HARMADIK FŐTÉTELE; ELEKTROKÉMIA;

Fülszöveg Fizikai-kémiai számítások A ,,Fizikai-kémiai számítások" kidolgozott példák és megoldandó feladatok gyűjteménye a fizikai kémia fejezeteinek tárgyköréből. Elsősorban a vegyész szakos és vegyészmérnök hallgatók fizikai-kémiai tanulmányainak kiegészítésére, a fizikai-kémiai gondolkodásmód elmélyítésére ad módot. Az elméleti összefüggések, törvényszerűségek konkrét esetekre való alkalmazása azonban nemcsak azok begyakorlását segíti elő, hanem közelebb hozza használóit a gyakorlati problémák elméleti megoldásához is. Az eredetileg cseh nyelvű példatár gondosan összeállított, a szakirodalomra támaszkodó, rendszeres és didaktikai szempontból is kiváló munka, melynek magyar nyelven való megjelentetése hézagpótló a fizikai kémiai oktatásban. TANKÖNYVKIADÓ Tartalom Előszó a magyar kiadáshoz 5 Előszó a cseh kiadáshoz 7 Mutató 17 I. ATOMELMÉLET I. 1. Az elektron fajlagos töltésének meghatározása mágneses térben való elhajlása alapján 19 I. 2. Az elektron töltésének meghatározása 22 I. 3. A neutron tömegének meghatározása 25 I. 4. Az elektron hullámhosszának meghatározása 27 I. 5. A pozitron tömegének meghatározása 29 I. 6. A fényelektromos jelenség; a karakterisztikus frekvencia és a Planck-féle állandó meghatározása 30 I. 7. A Compton-effektus 32 I. 8. A fekete test sugárzása 34 I. 9. Rendszám (atomszám) meghatározása a röntgenszínképből 36 1.10. A hidrogén Balmer-sorozata 39 1.11. Színképvonalak izotópeltolódása 41 1.12. Az elektron tömegének számítása a hidrogén és hélium Rydberg-állandójából 42 1.13. A hélium kritikus potenciáljainak számítása spektroszkópiai adatokból 44 1.14. A tökéletes gáz transzlációs állapotösszege 45 1.15. A szén-monoxid rotációs állapotösszege 48 1.16. A harmonikus oszcillátor állapotösszege 50 1.17. A radioaktív bomlás sebessége és a radioaktív egyensúly 1.18. Bomlási állandó becslése a Geiger-Nuttal-szabály alapján 54 Feladatok 57 Eredmények 61 II. A TÖKÉLETES GÁZOK KINETIKUS ELMÉLETE II. 1. A molekulák sebessége 63 11.2. A mólhő számítása 64 11.3. A közepes szabad úthossz 65 11.4. Molekulaátmérő meghatározása a viszkozitásból 11.5. Molekulaátmérő meghatározása a diffúziós együtthatóból 68 11.6. Molekulasúly meghatározása gázeffúzióval II. 7. Gőztenzió meghatározása effúziós módszerrel 72 Feladatok 73 Eredmények 75 III. TÖKÉLETES GÁZOK III. 1. A Boyle-Mariotte-törvény 77 ül. 2. A Gay-Lussac-törvény és az abszolút hőmérsékleti skála 78 III. 3. A tökéletes gáz állapotegyenlete. Térfogatszámítás 80 III. 4. A tökéletes gáz állapotegyenlete. Molekulasúly és képlet megállapítása 81 III. 5. Molekulasúly meghatározása a határsűrűség módszerével 82 III. 6. A tökéletes gáz állapotegyenlete. Disszociációfok 83 III. 7. Asszociációfok számítása a látszólagos molekulasúlyból 85 III. 8. Gázelegyek koncentrációjának különböző kifejezései 87 III. 9. Gázelegy össznyomásának számítása a Dalion-törvény alapján 89 III. 10. Parciális nyomások számítása a Dalion-törvény alapján 90 Feladatok 92 Eredmények 95 IV. A TERMODINAMIKA ALAPJAI A) A termodinamika első főtétele IV/A. 1. Mértékegységek átszámítása 97 IV/A. 2. A belső energia változása párolgás folyamán 98 IV/A. 3. A fajhő és atomhő számítása kalorimetrikus adatokból 99 IV/A. 4. A mólhő mint a hőmérséklet függvénye 100 IV/A. 5. Reakcióhő számítása a komponensek képződéshőjéből 102 IV/A. 6. Standard képződéshő számítása ismert reakcióhőkből 103 IV/A. 7. Reakcióhő számítása égéshőkből 104 IV/A. 8. A standard képződéshő számítása kötési energiákból 105 IV/A. 9. A standard reakcióhő változása a hőmérséklettel 106 IV/A.10. Entalpiamérleg 108 IV/A.ll. Az elméleti lánghőmérséklet 110 IV/A. 12. Tökéletes gáz izoterm reverzibilis munkája 112 IV/A.13. A hőmennyiség, térfogati munka és belső energia változása tökéletes gáz kiterjedése folyamán 114 IV/A.14. Tökéletes gáz reverzibilis adiabatikus állapotváltozása 115 IV/A. 15. Adiabatikus kompresszióban végzett munka 116 IV/A.16. A hőerőgép 118 IV/A. 17. A hűtőgép 119 Feladatok 121 Eredmények 32 B) A termodinamika második főtétele IV/B. 1. Az entrópia változása a nyomás függvényében 135 IV/B. 2. Az entrópia változása a hőmérséklet függvényében IV/B. 3. Az entrópia hőmérséklettel való változásának grafikus számítása IV/B. 4. Elegyedési entrópia IV/B. 5. Az entrópia változása irreverzibilis adiabatikus folyamatban IV/B. 6. Tökéletes gáz szabadenergiájának és szabadentalpiájának változása izoterm folyamatban 142 IV/B. 7. A szabadentalpia változása a nyomással 143 IV/B. 8. A szabadentalpia változása izomorf átalakulások folyamán 144 IV/B. 9. A szabadentalpia változása irreverzibilis fázisátalakulás folyamán 144 IV/B.10. A tökéletes gáz termodinamikai függvényei 145 Feladatok 148 Eredmények 150 V. HALMAZÁLLAPOTOK A) Reális gázok V/A. 1. Térfogatszámítás a Berthelot-egyenlettel 151 V/A. 2. Térfogatszámítás a Beattie-Bridgeman egyenlettel 152 V/A. 3. A sűrűség számítása a kompresszibilitási diagramból 154 V/A. 4. A nyomás számítása a kompresszibilitási faktor segítségével 155 V/A. 5. A hőmérséklet számítása a kompresszibilitási faktor segítségével 157 V/A. 6. A második viriálegyüttható meghatározása a határsűrűségek módszerével 159 V/A. 7. A Beattie-Bridgeman-egyenlet gázelegyekre 160 V/A. 8. Gázelegy nyomásának számítása az általánosított kompresszibilitási diagrammal 162 V/A. 9. A Joule-Thomson-koefficiens 164 V/A. 10. Az izobár mólhő izoterm nyomáskorrekciója 166 V/A.l 1. Reális gázok kétféle mólhőjének különbsége 168 V/A.12. Tiszta gáz fugacitása 170 V/A.13. Elegykomponens fugacitása 171 Feladatok 174 Eredmények 180 B) Folyadékok V/B. 1. Sűrűség számítása az általánosított expanziós tényezővel 181 V/B. 2. Felületi feszültség számítása a kapilláris emelkedésből 183 V/B. 3. Az Eötvös-törvény alkalmazása 184 V/B. 4. Viszkozitás számítása a Hagen-Poiseuille-összefüggés alapján 185 V/B. 5. Stokes törvénye 187 Feladatok 189 Eredmények 190 C) Szilárd anyagok V/C. 1. Az ionrács állandóinak meghatározása röntgenanalízissel 191 V/C. 2. Szilárd anyagok mólhőjének meghatározása a Kopp-szabállyal 193 V/C. 3. Szilárd anyag mólhőjének számítása a Debye-elmélet alapján 194 V/C. 4. Szilárd anyag mólhőjének számítása a Born-Kármán-elmélet alapján 196 V/C. 5. Karakterisztikus hőmérséklet számítása a feszülési együtthatóból 198 V/C. 6. Karakterisztikus hőmérséklet számítása az olvadáspontból 199 Feladatok 201 Eredmények VI. FÁZISEGYENSÚLYOK A) Egykomponensű rendszerek VI/A. 1. A Clapeyron-egyenlet alkalmazása. Az olvadáspont változása a nyomással 205 VI/A. 2. A Clapeyron-egyenlet alkalmazása. Az olvadáshő számítása 206 VI/A. 3. A Clausius-Clapeyron-egyenlet alkalmazása a forráspont számítására 208 VI/A. 4. A hármaspont számítása a Clausius-Clapeyron-egyenlet alapján 209 VI/A. 5. Párolgáshő számítása a gőztenzióból 210 VI/A. 6. A Ramsay-Young-szabály 211 VI/A. 7. A Cox-Othmer-diagram 213 VI/A. 8. A Calingaert-Davis-egyenlet állandóinak meghatározása kísérleti adatokból 215 VI/A. 9. A Cailletet-Mathias-szabály. A kritikus térfogat meghatározása 217 B) Több komponensű rendszerek VI/B. 1. A koncentráció mértékegységei 220 VI/B. 2. Parciális moláris térfogat számítása a látszólagos moláris térfogatból 221 VI/B. 3. A parciális moláris térfogat grafikus számítása a látszólagos moláris térfogatból 223 VI/B. 4. A parciális moláris entalpia számítása az elegyedési hőből 225 VI/B. 5. Gázok oldhatóságának számítása az Henry-törvény alapján 226 VI/B. 6. A Bunsen-, ill. Ostwald-féle abszorpciós koefficiens 228 VI/B. 7. Az abszorpciós hő 229 VI/B. 8. Gőz-folyadék-egyensúly. Raoult törvénye 230 VI/B. 9. Gőz-folyadék-egyensúly 232 VI/B.10. Gőz-folyadék-egyensúly nemideális rendszerekben 233 VI/B.11. Desztillációs kolonna elméleti tányérszámának meghatározása 236 VI/B.12. Aktivitási együttható számítása 237 VI/B. 13. Vízgőz-desztilláció 238 VI/B. 14. Szilárd anyag oldhatósága 240 VI/B. 15. Nernst megoszlási törvénye 240 VI/B. 16. Olvadékegyensúly 242 C) Ozmotikus sajátságok VI/C. 1. Oldat feletti gőztenzió csökkenése 245 VI/C. 2. Asszociációfok számítása a fagyáspontcsökkenésből 245 VI/C. 3. Forráspont-emelkedés 247 VI/C. 4. Ozmózisnyomás 249 Feladatok 250 Eredmények 259 VII. KÉMIAI EGYENSÚLYOK ÉS A TERMODINAMIKA HARMADIK FŐTÉTELE A) Kémiai egyensúlyok VII/A. 1. Az egyensúlyi állandó számítása gázelegy egyensúlyi összetételéből 261 VII/A. 2. Gázelegy egyensúlyi összetételének számítása az egyensúlyi állandóból 262 VII/A. 3. A disszociációfok számítása 264 VII/A. 4. Egyensúlyi állandó számítása az egyensúlyi konverzióból 265 VII/A. 5. Az egyensúlyi állandó és a sztöchiometriai egyenlet alakja 266 VII/A. 6. Homogén gázreakció egyensúlyi állandójának számítása nagy nyomásra vonatkozó kísérleti adatokból 267 VII/A. 7. Folyadékok reakciójának egyensúlyi állandója . 270 VII/A. 8. Az egyensúlyi állandó számítása a reakció standard szabadentalpia-változásából 272 VIÍ/A. 9. A reakció szabadentalpiájának számítása táblázati adatokból 273 VII/A.10. Standard képződési szabadentalpia számítása táblázati adatokból 274 VII/A.11. Az egyensúlyi állandó hőmérsékletfüggvényének grafikus számítása 275 VII/A. 12. A reakció szabadentalpiájának hőmérsékletfüggvénye 277 VII/A. 13. A reakcióhő meghatározása az egyensúlyi állandó különböző hőmérsékleten adott értékeiből 279 VII/A. 14. Bomlási hőmérséklet számítása a bomlási tenzió hőmérsékletfüggése alapján 282 VII/A.15. A hőmérséklet és a nyomás hatása a konverzióra 285 VII/A. 16. Reakció egyensúlyi konverziójának számítása a részfolyamatok termikus adataiból . 288 VII/A.17. Egyensúlyi összetétel számítása szimultán reakciók esetén 290 B) A termodinamika harmadik főtétele VII/B. 1. Konverzió számítása a és a táblázati értékeiből; közömbös gáz hatása az átalakulási fokra 293 VII/B. 2. Az abszolút entrópia számítása kalorimetrikus adatokból 298 VII/B. 3. Egyatomos gáz termodinamikai függvényeinek statisztikus számítása 302 VII/B. 4. Több atomos molekula termodinamikai függvényeinek számítása spektroszkópiai adatokból 304 Feladatok 310 Eredmények 320 VIII. ELEKTROKÉMIA A) Elektrolitok vezetőképessége VIII/A. 1. Az áramintenzitás számítása a Faraday-törvény alapján 323 VIII/A. 2. Az átviteli szám 324 VIII/A. 3. Elektrolitoldat fajlagos vezetőképessége 327 VIII/A. 4. Az ekvivalens vezetőképesség meghatározása az oldat fajlagos vezetőképességéből 328 V1H/A. 5. Az ionok független vándorlásának törvénye 330 VIII/A. 6. A víz tisztaságának meghatározása vezetőképesség-méréssel 332 VIII/A. 7. Rosszul oldódó só oldhatóságának számítása a vezetőképességből 333 VIII/A. 8. Disszociációállandó számítása a vezetőképességből 334 B) Egyensúly elektrolitoldatokban VIII/B. 1. Aktivitási együttható számítása a Debye - Hückel-törvényből 337 VIII/B. 2. Aktivitási koefficiens számítása krioszkópos adatokból 338 VIII/B. 3. Rosszul oldódó só oldhatósági szorzata 341 VIII/B. 4. Oldhatósági adatok felhasználása aktivitási együttható számítására 344 VIII/B. 5. Második disszociációs lépcső számítása 347 V11I/B. 6. Erös sav gyenge bázissal képezett sójának hidrolízisfoka 349 VIII/B. 7. Gyenge sav és erős bázis sójának hidrolízisfoka 352 C) Galvánelemek VIII/C. 1. Elektrolitoldat PH-jának számítása galvánelem elektromotoros erejéből 354 VIII/C. 2. Standardpotenciál számítása az elem elektromotoros ereje és az elektrolit koncentrációja közti összefüggésből 355 VIII/C. 3. Átviteli szám és diffúziós potenciál számítása a koncentrációs elem elektromotoros erejéből 358 VIII/C. 4. Oldhatósági szorzat számítása galvánelem elektromotoros erejéből 361 VIII/C. 5. Gyenge sav disszociációállandójának számítása galvánelem elektromotoros erejéből. 363 VIII/c. 6. A 2 Hg2+/Hg+ redoxirendszer standardpotenciálja 366 VIII/C. 7. Egyensúlyi állandó számítása a Luther-összefüggésből 368 VIII/c. 8. A Gibbs-Helmholz-egyenlet alkalmazása az elektrokémiában 370 Feladatok 372 Eredmények 378 IX. REAKCIÓ KIN ETIKA Á) Kémiai kinetika IX/A. 1. A reakció rendűségének meghatározása 379 IX/A. 2. A reakció rendjének meghatározása a félidők módszerével 381 IX/A. 3. A reakció rendűségének meghatározása differenciális módszerrel 384 IX/A. 4. Pszeudo-monomolekuláris reakció rendje 386 IX/A. 5. Párhuzamos reakciók sebességi állandóinak meghatározása 389 IX/A. 6. Konszekutív reakciók sebességi állandójának meghatározása 393 IX/A. 7. Egyensúlyra vezető reakciók 397 IX/A. 8. Egyirányú gázreakció sebességi állandójának meghatározása 399 IX/A. 9. Az aktiválási energia számítása 404 IX/A. 10. Homogén gázfázisú reakció aktiválási energiájának és frekvenciafaktorának grafikus meghatározása 405 IX/A.11. Reakció sebességi állandójának számítása az ütközési elmélet alapján 407 IX/A.12. A reakciósebességi állandó mértékegységei 409 IX/A.13. Az aktiválási entalpia, aktiválási entrópia és a kinetikai adatok összefüggése 411 IX/A. 14. A reakcióegyensúlyi állandó hőmérsékleti függvényének számítása kinetikai adatokból j 413 IX/A.15. Folyamatos csőreaktor térfogatának számítása 415 IX/A. 16. Láncreakciók rendűségének és mechanizmusának meghatározása 418 IX/A.17. Bróm-hidrogén keletkezése elemeiből 421 IX/A.18. Homogén katalitikus reakciók rendje 424 IX/A. 19. Az ionerősség befolyása ionreakció sebességére 427 IX/A.20. Heterogén reakció rendűsége 430 IX/A.21. Fotokémiai reakció kvantumhasznosítási tényezője 433 B) Fizikai folyamatok kinetikája IX/B. 1. A Fick-törvény alkalmazása a diffúziós együttható meghatározására 436 IX/B. 2. Szilárd anyag oldódási sebessége 440 IX/B. 3. Folyadék áramlása porózus közegben 442 Feladatok 445 Eredmények 455 X. FÁZISHATÁR-JELENSÉGEK ÉS KOLLOID RENDSZEREK A) Fázishatár-jelenségek X/A. 1. A Langmuir-féle adszorpciós izoterma állandóinak grafikus meghatározása 457 X/A. 2. Fajlagos felület meghatározása Brunauer-Emmet-Teller módszerével 459 X/A. 3. Adszorpciós hő számítása izosztérákból 461 X/A. 4. A Gibbs-féle adszorpciós izoterma 464 X/A. 5. Nagy molekulájú anyagok molekulasúlyának meghatározása a felületi film nyomásából 466 B) Kolloid rendszerek X/B. 1. Az Avogadro-szám meghatározása nehézségi térben, szedimentációs egyensúly méréséből 468 X/B. 2. Nagy molekulasúlyú vegyület molekulasúlyának meghatározása ülepedési egyensúlyból 470 X/B. 3. Nagy molekulasúlyú vegyület molekulasúlyának meghatározása az ülepedési sebességből . 472 X/B. 4. Nagy molekulasúlyú anyag molekulasúlyának viszkozimetriás meghatározása . . . 475 Feladatok . . . .| 478 Eredmények 482 XI. molekulaszerkezet és fizikai sajátságok XI. 1. A Neumann-Kopp-szabály 483 XI. 2. Parachor 484 XI. 3. Mólrefrakció 485 XI. 4. Optikai anomália kimutatása a mólrefrakcióból 487 XI. 5. Gáz dipólusmomentuma 488 XI. 6. Dipólusmomentum számítása oldatok dielektromos állandójából 490 XI. 7. Polarimetria ; 493 XI. 8. A Beer-törvény 494 XI. 9. Magok közötti távolság meghatározása mikrohullámú spektrumból 495 Feladatok 498 Eredmények 500 Függelék 501