Termodynamika statystyczna

obowiązkowe

Celem przedmiotu jest zapoznanie studentów z podstawowymi pojęciami termodynamiki statystycznej, ze szczególnym naciskiem na jej zastosowanie do znajdowania wielkości przydatnych w codziennej praktyce chemika, takich jak funkcje termodynamiczne lub stałe szybkości reakcji chemicznych.

Przedmiot obejmuje podstawy i zastosowania mechaniki statystycznej w opisie właściwości układów chemicznych. Omawiane są pojęcia zespołów statystycznych, funkcji podziału, rozkładów Boltzmanna i Gibbsa oraz ich związki z wielkościami termodynamicznymi. Studenci poznają sposoby obliczania energii i pojemności cieplnych gazów idealnych i rzeczywistych oraz składowych energii molekularnej. Kurs obejmuje również zastosowanie metod statystycznych w kinetyce chemicznej, w tym teorię stanu przejściowego i równanie Eyringa.

1. Podstawy rachunku prawdopodobieństwa i kombinatoryki, rozkłady statystyczne (normalny, dwumianowy etc.), centralne twierdzenie graniczne, wzór Stirlinga.

2. Podstawy klasycznej mechaniki statystycznej - przestrzeń fazowa, zespół, średnie po zespole, twierdzenie Liouville’a, mikrostany, hipoteza jednakowego

prawdopodobieństwa, makrostan, stan równowagi statystycznej, zespół

mikrokanoniczny.

3. Rozkład Boltzmanna. Funkcja podziału (suma stanów). Molekularna i kanoniczna suma stanów. Zastosowanie sum stanów do znajdowania wartości funkcji termodynamicznych układu.

4. Rozkład mikrokanoniczny i związek jego parametrów z wielkościami termodynamicznych. Wyprowadzenie i interpretacja termodynamiczna rozkładu kanonicznego Gibbsa. Definicja entropii – wzory Boltzmanna i Gibbsa, termodynamiczna temperatura bezwzględna. Zasada ekwipartycji energii, twierdzenie o wiriale, hipoteza ergodyczna, energia i pojemność cieplna gazów klasycznych.

5.Całkowita suma stanów gazu doskonałego oraz rzeczywistego. Obliczanie komponentu translacyjnego, wibracyjnego, rotacyjnego oraz elektronowego.

6. Zastosowanie metod statystycznych w kinetyce chemicznej - Teoria Stanu Przejściowego, równanie Eyringa.

Wskaźniki ilościowe:

Punkty ETCS: 1

Liczba godzin: 15h wykładów

Bilans nakładu pracy studenta

Całkowity nakład pracy studenta związany z zajęciami 25h.

Nakład pracy studenta związany z zajęciami wymagającymi bezpośredniego udziału nauczyciela 16 godzin, co odpowiada 0.6 pkt ECTS oraz nakład pracy studenta, który nie wymaga bezpośredniego udziału nauczyciel 9 godz., co odpowiada 0.4 pkt ECTS.

1. F. Reif, Fizyka statystyczna, PWN,Warszawa 1973

2. K. Pigoń, Z. Ruziewicz Chemia fizyczna. Tom 2. Fizykochemia molekularna Warszawa 2007

Wiedza, student zna i rozumie:

KP7_WG1 zagadnienia w zakresie rozszerzonym z chemii oraz pogłębia wiedzę z zakresu wybranej specjalizacji.

KP7_WG3 zagadnienia z matematyki w zakresie niezbędnym do zrozumienia, opisu i modelowania procesów chemicznych na średnim poziomie złożoności

KP7_WG4 techniki obliczeniowe stosowane w chemii i specjalistyczne narzędzia informatyczne do rozwiązywania typowych problemów chemicznych w pogłębionym stopniu

KP7_WG6 aktualne kierunki rozwoju i najnowsze odkrycia w zakresie chemii

Umiejętności, student potrafi:

KP7_UW2 stosować wybrane metody obliczeniowe w celu określenia budowy związków chemicznych

KP7_UW3 korzystać z literatury fachowej, baz danych i innych źródeł w celu pozyskiwania niezbędnych informacji oraz zna krajowe i międzynarodowe czasopisma naukowe z dziedziny chemii

Egzamin pisemny.