Introduction to the subject
- A content of physical chemistry and its relation to pharmaceutical disciplines.
Intermolecular forces and states of matter
- binding and non-binding interactions
- crystallography, X-ray diffraction, polymorphism, isomorphism
- isotropy, anisotropy, liquid crystals.
Physico-chemical properties of substances, photochemistry
- Polarity of substances, dipole moment, relative permitivity,
- absorption of electromagnetic radiation, Lamber-Beer´s law,
- atomic absorption and emission spectra
- light absorption by molecules in UV, VIS and IR region,
- mass spectrometry
- molecular emission spectra (Raman phenomenon, fluorescence and phosphorescence)
- photochemical reactions.
Thermodynamics
- 0th law of thermodynamics, temperature.
- 1st law of thermodynamics, internal energy and enthalpy, standard state, thermochemical functions, thermochemical laws.
- 2nd law of thermodynamics, entropy, reversible and irreversible processes, Helmholtz and Gibbs energies, conception of absolute entropy.
- 3rd law of thermodynamics.
Chemical equilibrium
- Equilibrium constant, equilibrium degree of conversion and its control by reaction conditions, LeChatelier principle.
- standard change of Gibbs energy during a reaction, the temperature dependence of equilibrium constant, van´t Hoff equations.
Phase equilibrium
- Gibbs phase rule, one component system, phase diagram, Clausius-Clapeyron equation.
- Binary mixtures (liquid – gas, liquid – liquid, liquid – solid), Henry´s law.
- Solubility of solid substances, system solid substance – solvent.
- Raoult´s law and its application, colligative properties, cryoscopy and ebullioscopy, osmotic pressure.
- Ternary mixtures, Nernst distribution law, extraction.
- Thermal analysis – differential scanning calorimetry.
Reaction kinetics
- reaction rate, molecularity, mechanisms and order of a reaction,
- simplex reactions, reactions of 0th, 1st, 2nd and n-th order of reaction, rate constant, reaction half-life, determination of an order of a reaction
- dependence of the reaction rate on the temperature: Arrhenius’s equation, activation energy, reaction coordinates, the rate-determining step of a reaction
- effect of other factors on the reaction rate, catalysis
- kinetic and thermodynamic control of a reaction
Electrochemistry, ionic equilibria
- equilibria electrolyte solutions, characteristics of electrolytes, degree of dissociation
- Arrhenius classical theory
- specific and molar conductivity of electrolytes
- activity, activity coefficient, ionic strength, Debye-Hückel’s limiting law
- autoprotolysis of water, pH in aqueous and non-aqueous media, theories of acids and bases
- dissociation of weak acids and bases, calculation of their pH, Ostwald´s law
- buffers, mechanism of their action, Henderson-Hasselbalch equations, buffer capacity
- hydrolysis of salts, hydrolytic constant and calculation of pH of salt solutions
- amphoteric electrolytes, isoelectric point
- acid-base indicators
- solubility of slightly soluble salts, solubility product
Electrochemistry, electrochemical methods
- conductivity of electrolytes, Kohlrausch law, Arrhenius relation,
- Nernst equation, electrode potential of metal/metal-ion system, standard reduction potential
- potentiometry, types of electrodes, usage of potentiometry (pH measurement, potentiometric titration)
- membrane electrodes, Donnan potential, glass electrode
- electrolysis, Faraday´s laws, galvanic cells
- net movement of molecules (diffusion – Fick’s law), transport processes in solutions, Nernst–Planck equation
- electric double layer, introduction to electrochemical methods
Phase interface phenomena, Colloidal systems
- liquid surfaces, surface tension
- adsorption at liquid interfaces, surface-active substances, hydrophile-lipophile balance
- particle phase interface phenomena, influence of electrolytes, principles of chromatography
- classification of colloidal systems, lyophilic, lyophobic, and associating colloids
- optical, kinetic and electrical properties of colloids
- suspensions, liquid surfaces, surface and interface tension, sedimentation
- emulsions, types of emulsions, theory of their formation and stability
- micelles, critical micelle concentration
Practical training
- Determination of the relative molecular weight by Rast method
- Determination of the distribution coefficient of a substance between two immiscible liquids
- Kinetic measurement of the acetylsalicylic acid decomposition (1st order kinetics)
- Kinetic measurement of the basic decomposition of ethyl acetate (2nd order kinetics)
- Potentiometric determination of the dissociation constant of a weak acid
- Conductimetric determination of the dissociation constant of a weak acid or a weak base
- Measurement of electrode potentials
- Determination of the critical micellar concentration
- Spectrophotometric determination of the dissociation constant of an acid-base indicator
Seminars, solution of model problems
- Concentration of solutions
- pH of strong and weak acids and bases, pH of buffers, pH dependence of dissociation of substances
- solubility, solubility product
- electrode potential, oxidation-reduction potential
- osmotic pressure
- reaction rate, half-life of reaction, Arrhenius equation
- Clausius-Clapeyron equation, equilibrium constant, van’t Hoff´s reaction isobar, van’t Hoff´s reaction isotherm
- thermodynamic feasibility of a reaction
- distribution coefficient
- basic thermodynamic quantities
Last update: Pullmannová Petra, Mgr., Ph.D. (16.02.2024)
Úvod do předmětu
- Náplň Fyzikální chemie a její vztah k chemickým, biologickým a farmaceutickým disciplínám.
Mezimolekulové síly a stavy hmoty
-
vazebné a nevazebné interakce
-
krystalografie, rentgenová difrakce, polymorfie, izomorfie
- izotropie, anizotropie, kapalné krystaly.
Fyzikální vlastnosti látek, fotochemie
-
Polarita látek, dipólový moment, relativní permitivita
-
absorpce elektromagnetického záření, Lambertův-Beerův zákon
-
atomová spektra absorpční a emisní
-
absorpce světla molekulami v UV, VIS a IČ oblasti elektromagnetického záření
-
hmotnostní spektrometrie
-
emisní molekulová spektra (Ramanův jev, fluorescence a fosforescence)
- fotochemické reakce.
Termodynamika
- 0. věta termodynamiky, teplota.
-
1. věta termodynamiky, pojem vnitřní energie a enthalpie, standardní stav, definice termochemických parametrů, termochemické zákony.
-
2. věta termodynamiky, pojem entropie, vratné a nevratné děje, Gibbsova a Helmholtzova funkce, spojené formulace 1. a 2. věty, obecná podmínka rovnováhy.
- 3. věta termodynamiky.
Chemické rovnováhy
Fázové rovnováhy
-
Gibssův zákon fází, jednosložkové soustavy, fázový diagram, Clausiova-Clapeyronova rovnice.
-
Dvousložkové soustavy (kapalina – plyn, kapalina – kapalina, kapalina – tuhá fáze), Henryho zákon.
-
Rozpustnost tuhých látek, soustava tuhá látka - rozpouštědlo.
-
Raoultův zákon a jeho využití, koligativní vlastnosti, kryoskopie a ebulioskopie, osmotický tlak.
-
Třísložkové soustavy, Nernstův rozdělovací zákon, extrakce.
- Termická analýza – diferenční skenovací kalorimetrie.
Reakční kinetika
-
rychlost reakce, molekularita a řád reakce, reakční mechanismus,
-
jednoduché jednosměrné reakce, reakce 0., 1. 2. a n-tého řádu, rychlostní konstanta, poločas reakce, stanovení řádu reakce
-
závislost reakční rychlosti na teplotě: Arrheniova rovnice, aktivační energie, reakční koordináta, rychlost určující krok
-
další faktory ovlivňující rychlost chemických reakcí, katalýza
- kineticky a termodynamicky řízené reakce.
Elektrochemie, iontové rovnováhy
- Rovnováhy v roztocích elektrolytů, charakteristika elektrolytů, stupeň disociace
- Arrheniova teorie
- specifická a molární vodivost elektrolytů
- aktivita, aktivitní koeficient, iontová síla, Debye-Hückelův limitní vztah
- autoprotolýza vody, pojem pH ve vodných a nevodných prostředích, teorie kyselin a zásad
- disociace slabých kyselin a zásad, výpočet jejich pH, Ostwaldův zřeďovací zákon
- tlumivé roztoky (pufry), mechanismus působení, Hendersonova-Hasselbalchova rovnice, kapacita pufrů
- hydrolýza solí, hydrolytická konstanta a výpočet pH solí
- amfoterní elektrolyty, izoelektrický bod
- acidobazické indikátory
- rozpustnost málo rozpustných solí, součin rozpustnosti
Elektrochemie, elektrochemické metody
- vodivost elektrolytů, Kohlrauschův zákon, Arrheniův vztah
- Nernstova rovnice, potenciál elektrody v roztoku vlastních iontů, standardní redukční potenciál
- Potenciometrie, typy elektrod, využití potenciometrie (měření pH, potenciometrická titrace)
- Membránové elektrody, Donnanův potenciál, skleněná elektroda
- elektrolýza, Faradayovy zákony, galvanické články
- látkový tok k elektrodě (difúze – Fickův zákon), transportní děje v roztocích (Nernstova - Planckova rovnice)
- elektrická dvojvrstva, základy elektrochemických metod.
Jevy na fázovém rozhraní, koloidika
- kapalné povrchy, povrchové napětí
- adsorpce v kapalném mezifází, povrchově aktivní látky, systém hydrofilně-lipofilní
- jevy na fázovém rozhraní částic, vliv elektrolytů, principy chromatografických metod
- rozdělení a charakterizace koloidních systémů, lyofilní, lyofobní a asociační koloidy
-
optické, kinetické a elektrické vlastnosti koloidů
-
suspenze, mezifázové vlastnosti, tvorba suspenzí, sedimentace
-
emulze, typy emulzí, teorie jejich tvorby a stabilita
-
micely, kritická micelární koncentrace
Praktická cvičení
-
Určení relativní molekulové hmotnosti Rastovou metodou
-
Určení rozdělovacího koeficientu látky
-
Studium kinetiky rozkladu acetylsalicylové kyseliny (kinetika I. řádu)
-
Studium kinetiky rozkladu octanu etylnatého v alkalickém prostředí (kinetika II. řádu)
-
Stanovení disociační konstanty slabé kyseliny potenciometricky
-
Stanovení disociační konstanty slabé kyseliny nebo báze konduktometricky
-
Měření elektrodového potenciálu a formálního oxidačně-redukčního potenciálu
-
Stanovení kritické micelární koncentrace
- Určení disociační konstanty acidobazického indikátoru spektrofotometricky
Semináře a výpočty modelových příkladů
- pH slabých a středně silných kyselin a zásad, pH pufrů, disociace látek v závislosti na pH
- rozpustnost, součin rozpustnosti
-
elektrodový potenciál, oxidačně-redukční potenciál
-
osmotický tlak
-
rychlost reakce, poločas reakce, Arrheniova rovnice
-
Clausiova-Clapeyronova rovnice, rovnovážná konstanta, van’t Hoffova reakční izobara, van’t Hoffova reakční izoterma
-
termodynamická schůdnost reakce
-
rozdělovací koeficient
-
základní termodynamické veličiny
Last update: Pullmannová Petra, Mgr., Ph.D. (16.02.2024)
|