Inför föreläsningen
Innehåll
- 1 Föreläsning 18, torsdag 20/12
- 2 Föreläsning 17, onsdag 19/12
- 3 Föreläsning 14, måndag 10/12
- 4 Föreläsning 12, måndag 3/12
- 5 Föreläsning 10, måndag 26/11
- 6 Föreläsning 9, fredag 23/11
- 7 Föreläsning 8, onsdag 21/11
- 8 Föreläsning 7, måndag 19/11
- 9 Föreläsning 6, fredag 16/11
- 10 Inför Föreläsning 5, onsdag 14/11
- 11 Inför Föreläsning 4, måndag 12/11
- 12 Viktiga koncept från första veckan
- 13 Inför föreläsning 1, måndag 5/11
Föreläsning 18, torsdag 20/12
Den sista föreläsningen ska vi ägna åt repetition, genom att lösa och diskutera 6 uppgifter som finns på Live under Slides, i dokumentet f18_exempeluppgifter. Det är jättebra att försöka lösa dem i förväg, men om ni inte hinner det så fundera åtminstone igenom hur ni skulle lösa dem. Kolla särskilt på uppgift 2 eftersom det är en bra illustration av vad ångtryck är. Fundera på vad som händer vid uppvärmningen, vad som kännetecknar den punkt då den sista vätskan förångas, och hur systemet ser ut då.
Föreläsning 17, onsdag 19/12
OBS! Obligatorisk närvaro och obligatorisk förberedelseuppgift.
Föreläsning 14, måndag 10/12
På måndagens föreläsning ska vi avsluta det allmänna avsnittet om ytspänning genom att prata om Youngs ekvation och kapillärstigning. Läs gärna kompendietexten om ytspänning som finns på Live.
Därefter ska vi gå igenom adsorption och speciellt Gibbs adsorptionsekvation. En text till detta avsnitt finns på wiki-sidan: Adsorption. Detta är det klart svåraste området i ytkemidelen av kursen, och det är därför vi går igenom det redan på den andra föreläsningen, för att det ska finnas gott om tid att få hjälp på övningarna. De återstående två föreläsningarna kommer sedan i huvudsak beskriva kvalitativa fenomen.
Jag har även lagt ut preliminära slides för föreläsningen, om det underlättar för någon.
Föreläsning 12, måndag 3/12
På den sista föreläsningen på termodynamikdelen av kursen ska vi utnyttja det vi vet om aktivitet för att gå igenom den termodynamiska beskrivningen av kemisk jämvikt. Vi kommer att följa kompendietexten om Kemisk jämvikt som ligger på Live@Lund, så jag rekommenderar att läsa igenom den i förväg, samt vid behov repetera avsnitt 5G i boken. Sen kommer vi titta på hur jämvikter beror på temperatur och tryck, detta står i avsnitt 5J i boken.
Som ni ser finns det en mängd rekommenderade uppgifter på kemisk jämvikt, det mesta är repetition från den tidigare kemikursen och kan skippas om de känns för lätta. Men det brukar vara nyttigt att göra ganska många uppgifter, så man blir säker.
Föreläsning 10, måndag 26/11
På måndagens föreläsning ska vi fortsätta prata om destillation (s 370-371 i boken). Vi ska göra en annan tolkning av de tillståndsdiagram vi tittade på under föreläsning 9, nämligen för att avgöra om en eller två faser är stabila vid olika punkter. Det är ett sätt att tänka som jag tror är nytt för er men som kommer vara till nytta, bli.a. i senare kurser. Det är helt kvalitativt och inte särskilt svårt, men jag rekommenderar att titta i förväg i extramaterialet om Ideal lösning eftersom det kan vara svårbegripligt första gången man ser det. Där finns också ett avsnitt om avvikelse från ideal lösning där begreppet aktivitetsfaktor presenteras, vilket vi också ska gå igenom på måndag.
Vi kommer också säga något om destillationslabben så det är bra om ni läst igenom handledningen till den.
Föreläsning 9, fredag 23/11
På fredagens föreläsning ska vi prata om ideala lösningar, Raoults lag och destillering. Detta beskrivs bra i boken (s. 364-371, observera dock felet i figur 5C.11), men vi kommer gå djupare och förklara sambandet utifrån kemisk potential. Kolla därför även gärna extramaterialet om Ideal lösning.
Föreläsning 8, onsdag 21/11
På onsdagens föreläsning ska vi fortsätta prata om fasjämvikter och ge exempel på hur vi använder Clapeyrons ekvation för smältpunktens tryckberoende och Clausius-Clapeyrons ekvation för sambandet mellan temperatur och ångtryck. En bra förberedelse är att läsa tillhörande avsnitt i boken, särskilt avsnitt 5A inklusive härledningen av Clausius-Clapeyrons ekvation på s 352, samt extramaterialet om Fasjämvikter. Även labbhandledningen för destillationslabben är relevant.
Jag kommer även nämna något om den uppgiften på datorlabben där man ska titta i gasmodell.m.
Föreläsning 7, måndag 19/11
På måndagens föreläsning ska vi slutföra resonemanget om drivkrafterna för att processer sker, och sedan titta på hur Gibbs energi beror på temperaturen och trycket, genom att utnyttja de så kallade fundamentalekvationerna. Därefter ska vi introducera begreppet kemisk potential, som vi kommer ha stor nytta av genom återstoden av kursen. Troligen kommer vi också börja prata om fasjämvikter, för att ha gott om tid för räkneexempel på onsdag när vi ska avsluta avsnittet om enkomponentsystem.
Som förberedelse, läs gärna extramaterialet om Gibbs energi och kemisk potential eftersom detta står ganska kortfattat och utspritt i boken (hänvisningar till boken finns i extramaterialet). Härledningen av fundamentalekvationerna är frivillig läsning. Fasjämvikter beskrivs översiktligt på de sidor som står listade till onsdagens föreläsning (349-363) medan vår mer matematiska beskrivning finns i extramaterialet om Fasjämvikter.
Föreläsning 6, fredag 16/11
På fredagens föreläsning ska vi utnyttja det vi vet om entropi för att repetera den övergripande teorin för värmemaskiner och värmepumpar som ni gjorde grundligt på fysiken. Sedan ska vi gå igenom teorin till datorlabben (Värmepump), som låter oss titta tillbaka på adiabatisk expansion med de nya verktyg vi har nu. Det är därför bra om ni har läst handledningen i förväg och tänkt igenom om ni har några frågor. Om ni är osäkra på programmering rekommenderar jag också att göra några förberedande MATLAB-övningar före datorövningen på måndag.
Därefter ska vi titta på Gibbs och Helmholtz energier och deras betydelse. Som förberedelse för det rekommenderas sidorna i boken (321-332, 335-336) som handlar om Gibbs energi. Det kommer inte finnas med uppgifter om Helmholtz energi på tentan.
Inför Föreläsning 5, onsdag 14/11
Onsdagens föreläsning kommer vi att ägna åt entropi, både hur den praktiskt beräknas och dess betydelse i termodynamikens andra huvudsats. I denna del täcks kursinnehållet i stort sett av texten i Chemical principles, med enda skillnaden att vi använder oss av det kraftfulla verktyget vi lärt oss tidigare, differentialkalkyl, för att beräkna entropiändringar även i problem där exempelvis värmekapaciteten inte är konstant. En bra förberedelse är därför att läsa de angivna avsnitten i boken (296-307, 314-319, och gärna även det mellanliggande avsnittet om den statistiska definitionen).
Observera också att extramaterialet om Differentialer för fasta ämnen och vätskor har kompletterats efter måndagens föreläsning med ett sista stycke som förklarar molekylärt varför Joule-Thomson-effekten orsakar just en kyleffekt för normala gaser.
Inför Föreläsning 4, måndag 12/11
Som ni märker går det ganska fort framåt och det är viktigt att hänga med, både på det nya materialet vi gått igenom på föreläsningarna och det som ni förutsätts repetera själva, framför allt hur man räknar ut reaktionsentalpin för kemiska reaktioner, genom Hess lag och genom att använda standardbildningsentalpier från tabeller (kap. 4D). Och även hur smält- och ångbildningsentalpier används.
Vi kommer på måndag gå igenom hur vi kan räkna ut reaktionsentalpin vid en annan temperatur (CP s 285-286) och även ta något mer exempel där vi räknar ut både entalpi och inre energi. Därefter ska vi gå över på helt nya saker som vi kan beräkna med hjälp av differentialer, bl.a. titta lite närmare på de icke-ideala termer som finns i uttrycken för inre energi och entalpi. Vi kommer att följa den text som ligger i extramaterialet, Differentialer för fasta ämnen och vätskor, så det är lämpligt att ha läst igenom denna i förväg.
Viktiga koncept från första veckan
Som lite hjälp att testa dig själv listar jag några viktiga koncept, ta gärna en stund och tänk igenom att du verkligen förstår dem. Det mesta är sånt som täcks bra i CP, så om du är osäker så passa på att läsa de rekommenderade sidorna där som hörde till de första tre föreläsningarna. Men det är också viktigt att förstå den något mer matematiska beskrivningen som finns i extramaterialet:Termodynamik_med_differentialer.
- Tillståndsekvationer
- Kompressionsfaktorn, hur den varierar med trycket och den molekylära orsaken till denna variation
- Ångtryck
- Kritisk temperatur (den högsta temperatur där vätska kan förekomma)
- Skillnaden på temperatur och värme.
- Inre energi (vad ingår?)
- Två sätt att överföra energi:
- VÄRME: överföring av energi som sker som resultat av en temperaturskillnad
- ARBETE: överföring av energi som sker som resultat att ett objekt rör sig mot en motriktad kraft. Arbete kan alltid användas för att lyfta en vikt.
- Uppdelningen av världen i system och omgivning. Skillnaden på öppet, slutet och isolerat system. Ett slutet system kan ha begränsningar i energiutbytet:
- en "fast gräns" gör att volymen är konstant och inget tryck-volymsarbete sker
- en "adiabtisk gräns" gör att ingen värmeöverföring sker.
- Ett isolerat system är sålunda ett slutet system vars gräns är både fast och adiabatisk.
- Värme som tillförs till systemet och arbete som utförs på systemet definieras som positiva tal (inom fysik används ibland motsatt konvention för arbetet).
- En tillståndsfunktion är en storhet som bara beror på systemets aktuella tillstånd och inte på vad som har hänt tidigare. Exempel på tillståndsfunktioner är volym (V), tryck (p), temperatur (T), inre energi (U), entalpi (H), entropi (S) och Gibbs energi (G). Däremot är värme och arbete INTE tillståndsfunktioner.
- Första huvudsatsen säger att ändringen i ett systems inre energi är lika med summan av tillförd energi i form av såväl värme som arbete.
- Den inre energin hos ett isolerat system är alltså konstant eftersom varken arbete eller värme utbyts med omgivningen.
- Tryck-volymsarbetet kan beräknas som trycket multiplicerat med volymsändringen, men bara om trycket är konstant. Minustecknet framför behövs för att uppfylla konventionen att arbete utfört på systemet ska vara positivt (om systemet t.ex. har ökat i volym har det utfört arbete på omgivningen och arbetet ska vara negativt).
- Värmekapacitet, särskilt de mer exakta definitionerna i form av partiella derivator.
- Vi kan tala om värmekapaciteten för systemet, då är det en extensiv storhet som beror av mängden. Vi kan också tala om den specifika värmekapaciteten (per kg) eller den molära värmekapaciteten (per mol) för ett ämne, då är det en intensiv storhet som inte beror av mängden (precis som t.ex. densitet).
- Definitionen av entalpi: H=U+pV
- Att entalpin är användbar när man arbetar vid konstant tryck eftersom skillnaden i entalpi då motsvarar tillförd värme.
- Isoterm expansion
- Adiabatisk expansion
Inför föreläsning 1, måndag 5/11
Fundera över vad energi är.
Läs gärna avsnitten om gaser (147-166) och tillståndsekvationer (179-182) i Atkins och extramaterialet.
Om du förstår begreppet partialtryck så kommer den här kursen gå galant!
