• molekula, atom, aniont, kationt
• kinetická teorie stavby látek (3 postuláty), důkazy neuspořádaného pohybu částic
• částice v silovém poli sousedních částic - graf F = f(r)
• model pevné látky, kapaliny, plynu, plazmatu
• protonové a nukleonové číslo, atomová relativní hmotnost, molární hmotnost
• Avogadrova konstanta, molární objem, látkové množství
• teplotní stupnice termodynamická, Celsiova
• teplo vnitřní energie, práce, 1. termodynamická věta

Základní pojmy

• molekula: částice složená z atomů nebo iontů

• atom: je základní částice běžné hmoty, částice, kterou už chemickými prostředky dále nelze dělit a která definuje vlastnosti daného chemického prvku

  • skládá se z atomového jádra obsahujícího protony a neutrony a obalu obsahujícího elektrony

• aniont: záporně nabitý iont, obvykle atom, který přijal elektron(y)

• kationt: kladně nabitý iont, obvykle atom, který odevzdal elektron(y)

Kinetická teorie stavby látek

• základ molekulové fyziky, 3 postuláty:

  • „Látky kteréhokoli skupenství jsou z částic.“

  • „Částice se v látkách neustále a neuspořádaně (chaoticky) pohybují.“

  • „Částice na sebe navzájem působí silami. Tyto síly jsou při malých vzdálenostech odpudivé, při větších vzdálenostech přitažlivé.“

• zajímavost: do zrnka máku se vejde 10 miliónů atomů

• důkazy neuspořádaného pohybu částic: difuze, osmóza (přes membránu), Brownův pohyb (pylové zrnko), tlak plynu

Částice v silovém poli sousedních částic

• částice na sebe působí navzájem jevy, o kterých svědčí přilnavost (voda a sklo) a soudržnost (molekuly vody na sebe)

• vzájemné působení částic – výsledkem je vznik odpudivé a přitažlivé elektrické síly

  • osa x: vzdálenost mezi dvěma atomy

  • osa y: síla působící mezi dvěma atomy

  • nad osou x síla odpudivá, pod osou přitažlivá

  • r₀ ... rovnovážná poloha mezi částicemi F = 0

  • r < r₀ … odpudivá síla roste

  • r > r₀ … přitažlivá síla nejdříve roste, pak klesá

• soustava částic má vnitřní potenciální energii

• vazebná energie je rovna práci, která je potřeba k rozrušení vazby mezi částicemi

• molekuly mohou být: lineární, rovinné, prostorové

Další důležité pojmy a veličiny

• protonové číslo (atomové číslo): udává počet protonů v jádře daného atomu

• nukleonové číslo (hmotové číslo): udává celkový počet protonů a neutronů (tzn. všech nukleonů) v atomovém jádře

• relativní (poměrná) atomová hmotnost: A_r, je poměr hmotnosti atomu m_a k 1/12 atomové hmotnosti m_u nuklidu uhlíku ¹²₆C, tedy A_r = m_a / m_u … m_u = 1,66 * 10^-27 kg

• molární hmotnost: Mm je definována vztahem Mm = m / n, kde m je hmotnost tělesa a n je odpovídající látkové množství

  • molární hmotnost je vlastně hmotnost jednoho molu látky

  • vztah mezi M_m a hmotností molekuly m_m je M_m = N_A m_m (N je počet částic tělesa)

• Avogadrova konstanta N je číslo udávající počet atomů v 0,012 kg nuklidu uhlíku ¹²₆C

  • N_A = 6,0221367 * 10²³ mol^-1

  • Avogadrova konstanta tedy současně udává počet částic (molekul, atomů apod.) obsažených v jednom molu látky

• molární objem: V_m je definován vztahem V_m = V / n, kde V je objem dané látky, n je látkové množství této látky

  • molární objem je objem jednoho molu látky

  • pro všechny reálné plyny, které se při normálních podmínkách (tj. tlak p₀ = 1,01325 * 10⁵ Pa, T₀ = 273,15 K, t = 0°C) chovají jako ideální plyn, je molární objem V_m stejný a má hodnotu V_m = 22,4141 * 10^-3 m³ mol^-1

• látkové množství: n vypočítáme ze vztahu n = N/N_A, kde N je počet částic chemicky stejnorodé soustavy a N_A je Avogadrova konstanta

Teplotní stupnice

• termodynamická

  • jednotka: K … základní jednotka SI

  • základní teplota: teplota RS vody, jejího ledu a její syté páry = trojný bod

    • Tr = 273,16 K (tr = 0,01°C), Δt = ΔT

    • Kelvin je 1/273,16 díl termodynamické teploty trojného bodu vody

  • absolutní nula … 0 K (= - 273,15°C) je počátkem termodynamické teplotní stupnice, libovolná soustava se k této teplotě může přiblížit, ale nemůže jí dosáhnout

    • v blízkosti této teploty se značně mění vlastnosti látek (např. elektrická vodivost)

• Celsiova

  • jednotka: °C … vedlejší jednotka SI

  • 0°C … teplota tání ledu ... teplota rovnovážného stavu vody a jejího ledu za normálního tlaku (= 1013 KPa)

  • 100°C … teplota varu vody … rovnovážný stav mezi vodou a její sytou párou za n. tlaku

Teplo Q

• je určeno energií, která je přenesena z jedné termodynamické soustavy do jiné prostřednictvím neuspořádaného pohybu molekul

• velikost tepla je rovna velikosti přenesené energie

• teplo bereme jako kladné, je-li dodáno do soustavy z okolí a záporné pokud přechází se soustavy do okolí

Vnitřní energie U

• termodynamická soustava je schopna konat práci → má vnitřní energii

• J. P. Joule, J. R. Mayer – rozlišení tepla (popisuje děj) a tepelné energie (popisuje stav)

• vnitřní energie je rovna součtu celkové kinetické energie Ek neuspořádaného (tepelného) pohybu všech částic soustavy a celkové potenciální energie Ep určené vzájemným působením mezi těmito částicemi: U = Ek + Ep

• stavová veličina, její změna závisí jen na konečném a počátečním stavu soustavy, nikoli na způsobu přechodu mezi těmito stavy

• změna vnitřní energie nastává:

  • konáním práce W, přičemž ΔU = W

  • tepelnou výměnou a je rovna předanému nebo přijatému teplu, ΔU = Q

Práce W

• je určena energií, která je přenesena z jednoho tělesa na jiné prostřednictvím mechanického pohybu (zpravidla důsledkem vnější síly působící mezi tělesy)

• práci bereme jako kladnou, byla-li soustavě dodána, tj. práce byla vykonána vnějšími silami, resp. okolními tělesy působícími na soustavu silami

• práce je záporná, jestliže byla vykonána termodynamickou soustavou působením na okolní tělesa

1. termodynamický zákon

„Přírůstek vnitřní energie ΔU soustavy je roven součtu dodané mechanické práce W a přivedeného tepla Q … ΔU = W + Q“

• z toho plyne nemožnost sestrojit perpetuum mobile prvního druhu