Fysikalsk kjemi: Kjemisk termodynamikk

Kurset består av en teoridel og en laboratoriedel.

Studentene skal lære om termodynamikkens 1. og 2. lov. Kjemisk likevekt. Blandingers termodynamikk (binære og tertiære blandinger, legeringer), kolligative egenskaper og faselikevekter. Læren om elektrokjemiske celler. Elektrolytters midlere aktivitetskoeffisienten, dissosiasjonsgrad og andre egenskaper. I tillegg gir kurset en grunnleggende innføring i reaksjonskinetikk.

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.

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.