TKJ4162 Fysikalsk kjemi: Kjemisk termodynamikk

Kunnskap

Etter fullført emne skal studenten kunne:

• Forstå grunnleggende termodynamiske størrelser og relasjoner, inkludert entropi, entalpi, Gibbs energi og kjemisk potensial.
• Skille mellom tilstands- og baneavhengige størrelser, og forstå hvordan varme og arbeid omdannes i reversible og irreversible prosesser, inkludert Carnot-syklusen og Clausius’ formulering av entropi.
• Forstå prinsippene for statistisk mekanikk, inkludert mikrostater, Boltzmann-fordelingen og hvordan mikroskopiske sannsynligheter gir opphav til makroskopiske termodynamiske størrelser.
• Forstå tilstandslikninger og deres bruk for å beskrive ideelle og reelle gasser, samt rollen til referansetilstander og standardtilstander i beregninger.
• Forklare termodynamikk i blandinger og løsninger, inkludert ideelle og fortynnede systemer, Raoults lov, Henrys lov (med referansetilstander), fasediagrammer, vippepunktregelen, partielle molare størrelser, fugasiteter, aktiviteter og Gibbs-Duhem-ligningen.
• Forstå elektrolyttløsninger, ioniske interaksjoner, ledningsevne og prinsippene for elektrokjemi, galvaniske celler og Nernst-ligningen.
• Forstå bruk av totale differensialer, termodynamiske potensialer og Maxwell-relasjoner for å utlede målbare egenskaper.
• Forstå grunnleggende kjemisk kinetikk, inkludert reaksjonsorden, hastighetslover, aktiveringsenergi og Arrhenius-ligningen.

Ferdigheter

Etter fullført emne skal studenten kunne:

• Beregne termodynamiske egenskaper, likevektskonstanter og fasebetingelser for gasser, blandinger, løsninger og elektrolytter.
• Anvende termodynamiske relasjoner, Gibbs-Helmholtz-ligningen, tilstandslikninger og elektrokjemiske formler i praktiske beregninger.
• Analysere blandinger og løsninger ved bruk av aktiviteter og fugasiteter i samsvar med referansetilstander.
• Planlegge og gjennomføre laboratorie- og databasert eksperimentelt arbeid, analysere resultater kvantitativt med usikkerhetsvurdering, og presentere funn klart i tekst og grafiske framstillinger.
• Løse hastighetsligninger (differensialligninger) for å bestemme konsentrasjoner av reaktanter og produkter over tid.
• Bruke kilder og digitale verktøy på en ansvarlig måte, inkludert korrekt sitering og etisk bruk av KI.

Generell kompetanse

Etter fullført emne skal studenten kunne:

• Anvende termodynamiske prinsipper og metoder for å forklare og tolke eksperimentelle observasjoner.
• Kritisk vurdere måledata, identifisere feil og usikkerheter, og trekke pålitelige konklusjoner.
• Kommunisere metoder, resultater og tolkninger tydelig i rapporter og vitenskapelige diskusjoner.

M. Helbæk og S. Kjelstrup: Fysikalsk kjemi, 2.utg., Fagbokforlaget 2006. Pensum blir også definert ved P.W. Atkins: Physical Chemistry, 6. ed., Oxford Univ. Press, Oxford, 1998. Labhefte: Prosjekter i fysikalsk kjemi grunnkurs

Alternativ bok

P.W. Atkins: Physical Chemistry, Oxford Univ. Press, Oxford. Lab manual: Projects in physical chemistry.

Forelesninger (4 timer), regneøvinger (2 timer per uke) og laboratoriearbeid. Som en del av det obligatoriske labkurset inngår en obligatorisk HMS-forelesning. Informasjon om tidspunkt for obligatorisk aktivitet i semesteret vil bli annonsert av emneansvarlig ved semesterstart. Hele laboratoriekurset og 50% av øvingene kreves godkjent for adgang til avsluttende eksamen. Fullføring av HMS-leksjonen er obligatorisk.

Forventet arbeidsinnsats i emnet er 200-225 timer.