Fysikalsk kjemi

; Signe Kjelstrup

Fysikalsk kjemi dekker pensum i alle grunnkurs i fysikalsk kjemi ved landets universitets- og ingeniørutdanninger. Disse grunnkursene oppleves ofte som meget krevende av studentene, og det har lenge vært et klart behov for å få stoffet presentert på norsk. Les mer
Vår pris
989,-

(Innbundet) Fri frakt!
Leveringstid: Sendes innen 3 - 10 dager

Innbundet
Legg i
Innbundet
Legg i
Vår pris: 989,-

(Innbundet) Fri frakt!
Leveringstid: Sendes innen 3 - 10 dager

Om boka

Fysikalsk kjemi dekker pensum i alle grunnkurs i fysikalsk kjemi ved landets universitets- og ingeniørutdanninger. Disse grunnkursene oppleves ofte som meget krevende av studentene, og det har lenge vært et klart behov for å få stoffet presentert på norsk. Forfatterne gjør stoffet lettere tilgjengelig også ved å knytte det opp mot praktiske anvendelser, og ved å bruke mange figurer og beregningseksempler. Boken bruker konsekvent SI-enheter og IUPAC-konvensjoner. Det er også et mål å etablere norsk fagterminologi på feltet. Dr.ing. og siv.øk. Morten Helbæk er førsteamanuensis ved Høgskolen i Nord-Trøndelag. Han har doktorgrad i fysikalsk kjemi og flere års undervisningserfaring fra universitet og høgskole. Dr.techn. og dr.ing. Signe Kjelstrup er professor i fysikalsk kjemi ved NTNU. Hun har også en bistilling ved Delft Tekniske Universitet i Nederland, er æresdoktor ved Universitetet i Nord-Øst Kina, og har vært gjesteprofessor ved flere universiteter.

Fakta

Innholdsfortegnelse




Symboler

Innledning

1 Gasser
1.1 Ideell gasslov
1.1.1 Empirisk grunnlag for ideell gasslov

1.1.2 Teoretisk grunnlag for ideell gasslov


1.2 Kinetisk gassteori - kollisjonsteori

1.3 Reelle gasser
1.3.1 Fasediagram for reelle gasser og kritisk punkt

1.3.2 Van der Waals' tilstandsligning for reelle gasser

1.3.3 Andre tilstandsligninger

1.3.4 Loven om korresponderende tilstander

1.3.5 Virialutviklingen

1.3.6 Intermolekylære krefter i gasser


1.4 Litteratur

1.5 Oppgaver


2 Energi, termodynamikkens første lov
2.1 Tilstandsfunksjoner

2.2 Termodynamikkens første lov

2.3 Beregning av arbeid
2.3.1 Arbeid ved reversibel ekspansjon av en gass

2.3.2 Arbeid ved irreversibel ekspansjon av en gass

2.3.3 Sammenheng mellom energi og effekt


2.4 Indre energi og entalpi
2.4.1 Prosesser ved konstant volum, indre energi

2.4.2 Prosesser ved konstant trykk, entalpi


2.5 Varmekapasitet
2.5.1 Varmekapasiteter ved konstant volum og ved konstant trykk

2.5.2 Sammenheng mellom Cv og Cp

2.5.3 Temperaturavhengighet for varmekapasiteten

2.5.4 Trykkavhengighet for varmekapasiteten


2.6 Termokjemi
2.6.1 Standard dannelsesentalpi

2.6.2 Kalorimetri

2.6.3 Temperaturavhengighet for reaksjonsentalpier

2.6.4 Entalpiendringer ved faseoverganger


2.7 Termodynamikkens 1. lov anvendt på ideelle gasser
2.7.1 Reversibel prosess ved konstant volum

2.7.2 Reversibel prosess ved konstant trykk

2.7.3 Reversibel prosess ved konstant temperatur

2.7.4 Reversibel adiabatisk prosess

2.7.5 Oppsummering av prosesser for ideelle gasser

2.7.6 Eksempel på en tilfeldig valgt prosess


2.8 Joule-Thomson-effekt
2.8.1 Joule-Thomson-koeffisienten

2.8.2 Joule-Thomsons inversjonstemperatur


2.9 Litteratur

2.10 Oppgaver


3 Entropi, termodynamikkens andre lov
3.1 Tolkning av begrepet entropi på mikroskopisk nivå

3.2 Carnotmaskinen: varme omdannes til arbeid
3.2.1 Carnot-syklusen

3.2.2 Virkningsgrad for en Carnot-maskin

3.2.3 Generell syklus, definisjon av entropi


3.3 Endring i entropi for reversible og irreversible prosesser
3.3.1 Den totale entropien øker i irreversible prosesser


3.4 Beregning av entropiendringer
3.4.1 Endring i entropi for prosesser der volum eller trykk holdes konstant

3.4.2 Endring i entropi ved isoterm ekspansjon/kompresjon av en ideell gass

3.4.3 Endring i entropi ved generell ekspansjon/kompresjon av en ideell gass

3.4.4 Entropiendring ved faseoverganger

3.4.5 Entropiendring i blandprosesser


3.5 Entropiendring i kjemiske reaksjoner
3.5.1 Standard dannelsesentropi

3.5.2 Entropimålinger


3.6 Termodynamikkens tredje lov
3.6.1 Hvordan oppnås temperaturer ned mot 0 K?


3.7 Litteratur

3.8 Oppgaver


4 Gibbs' energi og kjemisk likevekt
4.1 Kriteria for termodynamisk likevekt

4.2 Gibbs' energi, prosesser ved konstant trykk
4.2.1 Standard Gibbs' energi

4.2.2 Gibbs' energi er en funksjon av temperaturen


4.3 Helmholtz' energi, prosesser ved konstant volum

4.4 Beregninger av Gibbs' energi i et lukket system
4.4.1 Endring i Gibbs' energi for en ideell gass i en isoterm prosess

4.4.2 Gibbs' energi for en reell gass, fugasitet


4.5 Termodynamiske sammenhenger, Maxwellrelasjonene

4.6 Gibbs-Helmholtz' ligning

4.7 Kjemisk potensial
4.7.1 Gibbs energi og tilgjengelig arbeid


4.8 Kjemisk likevekt
4.8.1 Kjemisk likevekt i ideelle system

4.8.2 Kjemisk likevekt i reelle system

4.8.3 Systemer med flere likevekter

4.8.4 Likevektskonstantens temperaturavhengighet

4.8.5 Trykkets innflytelse på en likevekt


4.9 Litteratur

4.10 Oppgaver


5 Faselikevekter i rene stoffer
5.1 Fasediagram for enkomponentsystem
5.1.1 Fasediagram for vann

5.1.2 Fasediagram for noen rene komponenter


5.2 Trykk- og temperaturavhengighet for likevekt mellom to faser

5.3 Damptrykkets termodynamikk
5.3.1 Damptrykk

5.3.2 Clapeyrons ligning

5.3.3 Clausius-Clapeyrons ligning

5.3.4 Sammenheng mellom fordampningstrykk og ytre trykk


5.4 Høyere ordens faseoverganger i enkomponentsystem
5.4.1 Første ordens faseoverganger

5.4.2 Andre ordens faseoverganger


5.5 Væskeoverflater
5.5.1 Overflatespenning

5.5.2 Termodynamikk for overflater

5.5.3 Kapillareffekt

5.5.4 Damptrykk for dråper (Kelvins ligning)


5.6 Litteratur

5.7 Oppgaver


6 Faselikevekter og egenskaper for løsninger og blandinger
6.1 Ideelle og reelle blandinger
6.1.1 Raoults lov og Henrys lov

6.1.2 Damptrykksdiagram og kokepunktsdiagram for ideelle binære system

6.1.3 Reelle blandinger

6.1.4 Destillasjon


6.2 Partielle molare størrelser
6.2.1 Partielle molare volum

6.2.2 Gibbs-Duhems ligning

6.2.3 Andre egenskaper ved partielle molare størrelser


6.3 Termodynamikk for løsninger og blandinger
6.3.1 Kjemisk potensial, aktivitet og standardtilstand

6.3.2 Ideelle blandinger

6.3.3 Termodynamiske eksessfunksjoner


6.4 Kolligative egenskaper
6.4.1 Damptrykksreduksjon

6.4.2 Frysepunktsnedsettelse og kokepunktsforhøyelse

6.4.3 Osmose


6.5 Fasediagram for flerkomponentsystem
6.5.1 Gibbs' faseregel

6.5.2 Væske/væske-diagram for binære system

6.5.3 Væske/fast stoff-diagram for binære system

6.5.4 Fasediagram med intermediære faser

6.5.5 System med tre komponenter


6.6 Litteratur

6.7 Oppgaver


7 Kvantemekanikk
7.1 Elektromagnetisk stråling
7.1.1 Fotoner og fotoelektrisk effekt


7.2 Empiri skapte et behov for kvantemekanikk
7.2.1 Stråling fra svarte legemer

7.2.2 Varmekapasitet ved lave temperaturer

7.2.3 Spektroskopi


7.3 Partikkel-bølgedualisme
7.3.1 Elektromagnetisk stråling har partikkelnatur

7.3.2 Partikler har bølgenatur


7.4 Grunnleggende teori for kvantemekanikk
7.4.1 Bohrs atomteori

7.4.2 Heisenbergs usikkerhetsrelasjon

7.4.3 Schrödingerligningen

7.4.4 Grunnleggende prinsipper i bølgemekanikk

7.4.5 Sannsynlighetstetthet og bølgefunksjoner

7.4.6 Ortogonalitet og degenerasjon


7.5 Kvantemekanikk for noen enkle system

7.6 Translasjon
7.6.1 Partikkel i endimensjonal boks

7.6.2 Partikkel i tredimensjonal boks

7.6.3 Partikkel i fri bevegelse


7.7 Vibrasjon
7.7.1 Klassisk harmonisk oscillator

7.7.2 Kvantemekanisk harmonisk oscillator


7.8 Rotasjon
7.8.1 Klassisk mekanikk for roterende partikkel

7.8.2 Kvantemekanisk beskrivelse av roterende partikkel i to dimensjoner

7.8.3 Stiv rotator

7.8.4 Kvantemekanisk beskrivelse av roterende partikkel i tre dimensjoner


7.9 Spinn
7.9.1 Vinkelmoment for spinnbevegelser

7.9.2 Spinn for elektronet

7.9.3 Magnetisk moment


7.10 Kvantemekanisk modell av atomer med et elektron
7.10.1 Bølgefunksjoner

7.10.2 Atomorbitaler


7.11 Litteratur

7.12 Oppgaver


8 Statistisk termodynamikk
8.1 Molekylære energiformer
8.1.1 Translasjonsenergi

8.1.2 Rotasjonsenergi

8.1.3 Vibrasjonsenergi


8.2 Statistiske sannsynlighetsfordelinger
8.2.1 Boltzmanns fordelingslov

8.2.2 Maxwell-Boltzmanns fordelingslov


8.3 Partisjonsfunksjoner
8.3.1 Partisjonsfunksjonen for et molekyl

8.3.2 Den kanoniske partisjonsfunksjon

8.3.3 Oppdeling av den molekylære partisjonsfunksjonen

8.3.4 Partisjonsfunksjonen for translasjon

8.3.5 Partisjonsfunksjonen for rotasjon

8.3.6 Partisjonsfunksjonen for vibrasjon

8.3.7 Elektronenes bidrag til partisjonsfunksjonen


8.4 Beregning av termodynamiske størrelser fra partisjonsfunksjoner
8.4.1 Tilstandsfunksjoner

8.4.2 Likevektskonstanter


8.5 Tilstandsligninger
8.5.1 Ideell gasslov

8.5.2 Reelle gasser


8.6 Litteratur

8.7 Oppgaver


9 Elektrolyttlosninger
9.1 Grunnleggende størrelser og begrep for elektrolyttløsninger

9.2 Ledningsevne for elektrolyttløsninger

9.3 Svake elektrolytter
9.3.1 Ostwalds fortynningslov

9.3.2 Van't Hoffs i-faktor

9.3.3 Metode for beregning av molar konduktivitet


9.4 Sterke elektrolytter

9.5 Transport av ioner
9.5.1 Kohlrauschs lov og ionekonduktiviteter

9.5.2 Ionemobilitet

9.5.3 Transporttall for ioner

9.5.4 Eksperimentelle metoder for å måle transporttall


9.6 Termodynamikk for elektrolyttblandinger
9.6.1 Kjemisk potensial for sterke elektrolytter

9.6.2 Debye-Hückels grenselov

9.6.3 Blandingsentalpi og -entropi


9.7 Litteratur

9.8 Oppgaver


10 Elektrokjemi
10.1 Grunnleggende begrep i elektrokjemien

10.2 Galvaniske celler
10.2.1 Daniell-cellen

10.2.2 Standard elektrodepotensial

10.2.3 Batterier

10.2.4 Brenselceller


10.3 Termodynamikk for elektrokjemiske celler
10.3.1 Elektrokjemisk potensial

10.3.2 Elektrokjemisk likevekt

10.3.3 Nernst ligning


10.4 Konsentrasjonsceller
10.4.1 Konsentrasjonsceller med ulike elektrodekonsentrasjoner

10.4.2 Konsentrasjonsceller med ulike elektrolyttkonsentrasjoner

10.4.3 Et væskekontaktpotensial


10.5 Anvendelser av emf-målinger
10.5.1 Bestemmelse av termodynamiske funksjoner

10.5.2 Bestemmelse av E° og midlere ioneaktivitetskoeffisienter

10.5.3 Bestemmelse av løselighetsprodukt

10.5.4 Ioneselektive elektroder

10.5.5 pH-målinger

10.5.6 Potensiometrisk titrering


10.6 Elektrolyse
10.6.1 Overspenning og elektrodeprosesser

10.6.2 Industrielle elektrokjemiske prosesser


10.7 Korrosjon
10.7.1 Hva skjer når jern ruster?

10.7.2 Korrosjonsbeskyttelse


10.8 Litteratur

10.9 Oppgaver


11 Transportprosesser
11.1 Transport i gasser
11.1.1 Gassdiffusjon

11.1.2 Termisk ledningsevne

11.1.3 Viskøs flyt


11.2 Diffusjon
11.2.1 Ficks 2. lov og diffusjonsmålinger

11.2.2 Brownske bevegelser og selvdiffusjon


11.3 Viskositet
11.3.1 Poiseuilles ligning og viskositetsmålinger

11.3.2 Temperaturavhengighet for viskositet i væsker

11.3.3 Temperaturavhengighet for viskositet i gasser


11.4 Koblete transportprosesser

11.5 Litteratur

11.6 Oppgaver


12 Reaksjonskinetikk
12.1 Reaksjonshastighet

12.2 Hastighetslover
12.2.1 Nulte ordens reaksjoner

12.2.2 Første ordens reaksjoner

12.2.3 Andre ordens reaksjoner

12.2.4 n-te ordens reaksjoner

12.2.5 Andre reaksjoner


12.3 Kjemiske likevekter
12.3.1 Sammenheng mellom K og k


12.4 Reaksjonsmekanismer
12.4.1 Hastighetsbestemmende trinn

12.4.2 Totrinns reaksjoner

12.4.3 Tilnærming til stasjonær tilstand


12.5 Reaksjonshastigheters temperaturavhengighet
12.5.1 Arrhenius' ligning

12.5.2 Frekvensfaktoren

12.5.3 Aktiveringsenergi

12.5.4 Eyringteorien (Transition-state theory)


12.6 Eksperimentelle metoder
12.6.1 Saktegående reaksjoner

12.6.2 Raske reaksjoner


12.7 Katalyse
12.7.1 Heterogen katalyse

12.7.2 Homogen katalyse


12.8 Enzymkatalyserte reaksjoner
12.8.1 Michaelis-Menten-mekanismen

12.8.2 Inhibering (forhindringsreaksjoner)


12.9 Litteratur

12.10 Oppgaver


13 Kjemiske reaktorer
13.1 Molbalanser og viktige definisjoner
13.1.1 Reaksjonshastighet

13.1.2 Isoterme og adiabatiske reaktorer

13.1.3 Generell molbalanse

13.1.4 Omsetningsgrad

13.1.5 Molbalanse for satsreaktoren

13.1.6 Molbalanse for blandetankreaktoren

13.1.7 Molbalanse for rørreaktoren


13.2 Dimensjonering av reaktorer
13.2.1 Første ordens reaksjoner i en kontinuerlig reaktor

13.2.2 Dimensjonering av blandetankreaktor

13.2.3 Dimensjonering av rørreaktor

13.2.4 Dimensjonering av reaktorer koblet i serie

13.2.5 Dimensjonering av satsreaktor


13.3 Sammenheng mellom konsentrasjon og omsetningsgrad
13.3.1 Støkiometriske tabeller for reaksjoner i satsreaktor

13.3.2 Støkiometriske tabeller for reaksjoner i kontinuerlige reaktorer

13.3.3 Støkiometriske tabeller for reaksjonsblandinger med variabelt volum


13.4 Litteratur

13.5 Oppgaver


Vedlegg

Løsning på oppgaver

Stikkord