Niniejszy podręcznik przeznaczony jest dla studentów uczelni rolniczych, którzy mają w programie nauczania chemię fizyczną i analizę instrumentalną.
Rozwój inżynierii materiałowej, a ostatnio również biotechnologii i bioinżynierii wymaga, aby studenci uczelni rolniczych dokładnie zapoznali się z aktualnymi teoriami opisu rzeczywistości, w tym w szczególności z termostatyką (tzn. z podstawowymi zagadnieniami termochemii i równowagi chemicznej), strukturą materii (w tym ze szczególnym uwzględnieniem właściwości faz i problemów równowagi fazowej), kinetyką chemiczną, elektrochemią i spektroskopią.
Proponowane w książce ćwiczenia laboratoryjne dotyczą:
metod wyznaczania stałych fizykochemicznych: ciepła rozpuszczania, masy molowej, współczynnika lepkości, współczynnika podziału w układzie ciecz-ciecz, stałych izotermy adsorpcji, stałych szybkości reakcji, stałych dysocjacji;
metod analizy instrumentalnej:
stechiometrycznych, tzn. wymagających przeprowadzenia reakcji chemicznych: miareczkowanie potencjometryczne (kwas-zasada i utleniacz-reduktor), miareczkowanie konduktometryczne, elektrolityczne osadzanie powłoki metalicznej,
niestechiometrycznych, tzn. takich, które wymagają stosowania wzorca: spektrofotometria w zakresie widzialnym, nefelometria, refraktometria, wiskozymetria.
Ćwiczenia laboratoryjne zostały pogrupowane tematycznie, a ich opisy stanowią integralną część każdego z 10 rozdziałów książki. Zawierają oprócz szczegółowego opisu wykonania eksperymentu również opis sposobu opracowania wyników i ich prezentacji, przykładowo rozwiązane zadania rachunkowe, zadania do samodzielnego rozwiązania wraz z odpowiedziami oraz pytania teoretyczne. Taki sposób przedstawienia podstawowych problemów eksperymentalnej chemii fizycznej stanowić powinien - według założeń autorów - niezbędną pomoc dla studiujących.
Studentów mających trudności z przeliczaniem jednostek wielkości fizykochemicznych i graficznym obrazowaniem wyników pomiarów w postaci wykresów zachęcamy do korzystania z rozdziału 11. W rozdziale tym podano wiele przykładów ułatwiających zrozumienie zagadnień związanych z obliczeniami wartości podstawowych wielkości fizykochemicznych, jak również przedstawiono podstawowe zasady sporządzania wykresów i ich interpretacji.
Jerzy Bryłka

Przedmowa
Rozdział 1. Termodynamika chemiczna
Wstęp
Podstawowe pojęcia termodynamiki chemicznej
Sposoby gromadzenia energii w układzie – energia wewnętrzna układu (U)
Kwantowanie energii
Rozkład energii w stanie równowagi termicznej. Entropia (S)
Termochemia. I zasada termodynamiki
Wymiana energii na sposób pracy
Wymiana energii na sposób ciepła
Ciepło przemiany chemicznej w stałej objętości (qv)
Ciepło przemiany chemicznej pod stałym ciśnieniem (qp). Entalpia układu (H)
Konwencja standardowych wartości funkcji termodynamicznych. Standardowe ciepło tworzenia związku chemicznego (o tw o ΔUtw i ΔHtw)
Prawo Hessa
Ciepło przemiany chemicznej w różnych temperaturach. Prawo Kirchhoffa
Ciepło właściwe (c) i ciepło molowe (C) substancji
Stan równowagi chemicznej. II zasada termodynamiki. Kryterium samorzutności przemian chemicznych
Wyznaczanie entropii układu. III zasada termodynamiki
Wiadomości ogólne
Zmiana entropii układu podczas zmiany stanu skupienia układu
Zmiana entropii układu spowodowana zmianą temperatury układu
Zmiana entropii układu spowodowana zmianą objętości układu
Zmiana entropii układu spowodowana zmianą ciśnienia w układzie
Potencjał chemiczny (μ)
Entalpia swobodna reakcji chemicznej (ΔG)
Izoterma van’t Hoffa
Izobara van’t Hoffa
Pytania i zadania
Ćwiczenie 2–1. Wyznaczanie ciepła rozpuszczania
Pytania i zadania
Rozdział 2. Płyny
Wstęp
Stan gazowy
Właściwości stanu gazowego
Gaz doskonały
Kinetyczno-cząsteczkowa teoria gazów
Energia i ciepło molowe gazów
Równanie van der Waalsa
Skraplanie gazów
Równanie van der Waalsa i parametry krytyczne gazu
Prawo Daltona
Ćwiczenie 2–1. Wyznaczanie gęstości pary i masy molowej metodą Meyera
Pytania i zadania
Ciecze
Wiadomości ogólne
Lepkość cieczy
Wprowadzenie
Metody pomiaru lepkości bezwzględnej cieczy
Ciecze niutonowskie i nieniutonowskie
Ćwiczenie 2–2a. Wyznaczanie współczynnika lepkości cieczy za pomocą wiskozymetru Ostwalda
Ćwiczenie 2–2b. Wyznaczanie współczynnika lepkości cieczy za pomocą wiskozymetru Höpplera
Pytania i zadania
Napięcie powierzchniowe
Wprowadzenie
Molowe napięcie powierzchniowe
Metody pomiaru napięcia powierzchniowego
Pytania i zadania
Współczynnik załamania światła i refrakcja molowa
Współczynnik załamania światła
Polaryzacja i refrakcja
Zależność między strukturą chemiczną związku a refrakcją molową
Ćwiczenie 2–3. Wyznaczanie zawartości alkoholu etylowego w badanym roztworze
Pytania i zadania
Rozdział 3. Przemiany fazowe i równowagi fazowe
Pojęcie fazy, składnika, stopnia swobody. Reguła faz Gibbsa
Układy jednoskładnikowe, wielofazowe
Równowaga między fazę ciekłą i gazową
Równowaga między fazą stałą a fazą ciekłą i gazową
Układy wieloskładnikowe, jednofazowe – roztwory
Definicja roztworów
Rozpuszczalność substancji. Prawo Henry’ego
Dyfuzja
Osmoza
Układy dwuskładnikowe, jednofazowe – prężność pary nad roztworem
Prężność pary nad roztworem substancji nielotnej. Prawo Raoulta
Podwyższenie temperatury wrzenia i obniżenie temperatury krzepnięcia cieczy
Mieszaniny cieczy o całkowitej wzajemnej rozpuszczalności
Prężność pary nad mieszaniną cieczy o całkowitej wzajemnej rozpuszczalności
Skład pary a skład cieczy
Odchylenia od prawa Raoulta
Układy wieloskładnikowe, dwufazowe
Mieszaniny cieczy o ograniczonej wzajemnej rozpuszczalności
Prawo podziału Nernsta. Ekstrakcja
Definicja prawa podziału
Modyfikacja prawa podziału w przypadku asocjacji lub dysocjacji substancji w jednej z faz
Ekstrakcja i czynniki wpływające na jej efektywność
Ćwiczenie 3–1. Wyznaczanie współczynnika podziału kwasu octowego w układzie dwóch niemieszających się cieczy
Pytania i zadania
Rozdział 4. Adsorpcja
Adsorbent, adsorbat
Podział procesów adsorpcji
Adsorpcja z roztworów
Adsorpcja nadmiarowa i rzeczywista
Izoterma Freundlicha
Adsorpcja gazów
Teoria Langmuira
Izoterma BET
Adsorpcja a napięcie powierzchniowe cieczy. Środki powierzchniowo czynne
Adsorpcja wymienna na jonitach
Zastosowanie procesów adsorpcji
Metody chromatograficzne adsorpcyjne
Wiadomości ogólne
Chromatografia cienkowarstwowa i bibułowa
Chromatografia gazowa
Chromatografia cieczowa
Ćwiczenie 4–1. Adsorpcja kwasu octowego na węglu aktywowanym
Pytania i zadania
Rozdział 5. Układy koloidowe
Definicja koloidu i typy układów koloidowych
Metody wytwarzania cząstek koloidowych
Oczyszczanie układów koloidowych
Właściwości kinetyczne układów koloidowych
Ruchy Browna
Sedymentacja
Zjawisko równowagi membranowej Donnana
Właściwości optyczne układów koloidowych
Właściwości elektrokinetyczne układów koloidowych
Trwałość układów koloidowych. Koagulacja i peptyzacja
Lepkość i masa molowa koloidów
Ogólna charakterystyka żeli
Piany i emulsje
Koloidy asocjacyjne
Ćwiczenie 5–1. Nefelometryczne oznaczanie stężenia zolu kalafonii
Pytania i zadania
Rozdział 6. Kinetyka chemiczna
Szybkość reakcji chemicznej
Rzędowość i cząsteczkowość reakcji
Wpływ temperatury na szybkość reakcji. Energia aktywacji
Wpływ katalizatorów na szybkość reakcji
Reakcje złożone
Ćwiczenie 6–1. Wyznaczanie stałej szybkości reakcji pierwszego rzędu. Wyznaczanie stałej szybkości reakcji inwersji sacharozy metodą polarymetryczną
Pytania i zadania
Ćwiczenie 6–2.Wyznaczanie stałej szybkości zasadowej hydrolizy octanu etylu przy różnych stężeniach substratów reakcji
Pytania i zadania
Rozdział 7. Przewodnictwo roztworów elektrolitów
Przewodniki elektryczności
Przewodnictwo właściwe
Efekt relaksacyjny i elektroforetyczny
Pomiar przewodnictwa właściwego
Przewodnictwo molowe i równoważnikowe
Dysocjacja elektrolityczna
Wpływ innych substancji na dysocjację elektrolityczną związku chemicznego
Miareczkowanie konduktometryczne
Ćwiczenie 7–1. Miareczkowanie konduktometryczne
Pytania i zadania
Ćwiczenie 7–2. Wyznaczanie klasycznej stałej dysocjacji z pomiarów przewodnictwa
Pytania i zadania
Rozdział 8. Ogniwa galwaniczne
Wstęp
Różnice potencjałów w ogniwie galwanicznym
Opis ogniwa
Potencjał dyfuzyjny
Potencjał elektrody. Wzór Nernsta
Siła elektromotoryczna ogniwa
Elektroda wodorowa i skala potencjałów elektrod
Elektrody porównawcze (odniesienia)
Pomiar pH
Elektrody redoks
Miareczkowanie potencjometryczne
Wiadomości ogólne
Miareczkowanie potencjometryczne z wykorzystaniem reakcji kwas-zasada
Miareczkowanie potencjometryczne z wykorzystaniem reakcji utleniania i redukcji
Ćwiczenie 8–1. Miareczkowanie potencjometryczne kwasu zasadą
Pytania i zadania
Ćwiczenie 8–2. Miareczkowanie potencjometryczne z wykorzystaniem reakcji utleniania i redukcji
Pytania i zadania
Rozdział 9. Elektroliza
Zjawisko elektrolizy
Napięcie rozkładowe
Polaryzacja elektrod i nadnapięcie
Elektroliza roztworów wieloskładnikowych. Przewidywanie produktów elektrolizy
Prawa elektrolizy Faradaya
Zastosowanie procesów elektrolizy
Ćwiczenie 9–1. Oznaczenie grubości osadzonej powłoki miedzianej i wydajności prądowej elektrolizy
Pytania i zadania
Rozdział 10. Metody spektroskopowe
Klasyfikacja metod spektroskopowych
Spektroskopia w nadfiolecie i w zakresie widzialnym. Analiza kolorymetryczna
Prawo Lamberta-Beera
Oznaczanie stężenia jonów żelaza (III) metodą kolorymetryczną
Ćwiczenie 10–1. Kolorymetryczne oznaczanie stężenia jonów żelaza (III)
Pytania i zadania
Rozdział 11. Aneks
Dodatkowe tabele
Ważniejsze jednostki miar wielkości podstawowych i ich przeliczanie
Zadania
Sporządzanie i interpretacja wykresów funkcji otrzymanych na podstawie danych doświadczalnych
Skorowidz