Interaction of electromagnetic radiation with matter
1. Electromagnetic radiation: electromagnetic wave, electromagnetic spectrum, properties of electromagnetic waves.
2. Speed of propagation of electromagnetic radiation, light beam.
3. The Huygens principle.
4. Reflection of light.
5. Refraction of light, Abbe's refractometer.
6. Bending of light, dispersion of light.
7. X-ray diffraction, Bragg's law, X-ray crystallography.
8. Geometrical (ray) optics; mirrors, lenses.
9. Young's experiment.
10. Polarized light, circular polarimeter.
11. Quantum optics, photon energy.
12. Photoelectric effect.
Spectroscopy - principles
1. Spectroscopy. Spectrum.
2. Lambert-Beer's law, absorbance, transmittance.
3. Atomic spectroscopy: interpretation using Bohr's model of the atom, absorption spectra, emission spectra.
4. Introduction to molecular spectroscopy: electron, vibrational and rotational energy levels. Areas of the electromagnetic spectrum and spectroscopic techniques that use them.
5. UV-VIS spectroscopy: molecular orbitals, diagram of molecular orbitals in a hydrogen molecule, electron transitions, effects of substituents, conjugation and solvents, complementary colors.
6. Introduction to vibrational spectroscopy: potential and energy levels of harmonic and anharmonic oscillators.
7. Infrared spectroscopy (IR): selection rule for infrared transitions, normal modes of polyatomic molecules, characteristic vibration region and thumbprint region in infrared spectrum.
8. Raman spectroscopy: selection rule for Raman transitions, Stokes and anti-Stokes shift, selection rule for Raman transitions.
9. Luminescence spectroscopy: fluorescence, phosphorescence, Jablonski diagram, multiplicity of state.
10. NMR spectroscopy in the context of other spectroscopic methods - how is NMR different?
Ionic equilibria
1. Characteristics of electrolytes, degree of dissociation, Arrhenius theory. Arrhenius relation for the degree of dissociation.
2. Activity, activity coefficient, ionic strength of solutions, Debye-Hückel theory. Relations for calculating activity coefficients.
3. Dissociation of weak acids and bases, calculation of their pH, Ostwald's dilution law.
4. Hydrolysis of salts, hydrolytic constant, calculation of pH of salts.
5. Buffers, mechanism of action, Henderson - Hasselbalch equations.
6. Autoprotolysis of water, pH, acid-base theory (Arrhenius, Bronsted-Lowry, Lewis).
7. Amphoteric electrolytes, isoelectric point.
8. Acid-base indicators.
9. Solubility product, solubility of precipitates.
Phase interface phenomena
1. Solid and liquid phase interfaces.
2. Surface tension.
3. Adsorption in liquid interphase, surfactants, hydrophilic-lipophilic system.
4. Particle phase interface phenomena, influence of electrolytes, principles of chromatographic methods.
5. Positive and negative adsorption on liquid surfaces.
6. Interfacial tension.
7. Tension applied at the point of contact of the three phases.
8. Contact angle.
9. Expansion coefficient.
Electrochemistry, electrochemical methods
1. Conductivity of electrolytes, its concentration dependence, Kohlrausch's law of independent ion travel. Mobility of ions in an electric field.
2. Measurement of conductivity, use of conductivity measurements.
3. Formation of electrode potential. Nernst equation. Tabulation of electrode potentials.
4. Potentiometry and its applications.
5. Types of electrodes, Donnan potential.
6. Galvanic cells and EMN measurements. Relationship between EMN° and Gibbs energy.
7. Electrolysis, Faraday's laws.
8. Flux of substances, diffusion (Fick's law).
9. Other transport processes in solutions, Nernst-Planck equation.
Colloidics, polymers
1. Types of dispersions and characterization of colloidal systems.
2. Lyophilic, lyophobic and associative colloids.
3. Optical, kinetic, and electrical properties of colloids.
4. Suspensions, interfacial properties, suspension formation, sedimentation.
5. Emulsions, types of emulsions, theory of their formation and stability.
8. Micelles, critical micellar concentration.
9. Sedimentation of particles.
10. Monomeric composition of polymers.
11. Structure of polymers and copolymers.
12. Crystalline and amorphous regions of polymers.
13. Physical properties of polymers.
14. Glass transition of polymers.
15. Solubility of polymers.
Non-equilibrium systems
1. Non-equilibrium, stationary and equilibrium systems.
2. Flow of a quantity, flux of a quantity, gradient of a quantity.
3. Transport processes.
4. Cross effects in systems where there is more than one gradient.
5. Diffusion in a liquid medium.
6. 1. Fick's law.
7. Stokes-Einstein equation.
8. 2. Fick's law.
9. Diffusion in non-liquid media.
10. Dissolution of a solid.
11. Thermodynamically unstable systems.
Biological membranes and the transport of substances across membranes
1. Membranes - structure, function.
2. Lipid bilayer.
3. Lipids in biological membranes.
4. Liposomes.
5. Lipid peroxidation.
6. Proteins in biological membranes.
7. Active and passive transport of substances across the membrane.
8. Simple diffusion across the membrane, diffusion of charged particles.
9. Partition coefficient.
10. Osmosis.
11. Donnan equilibrium.
12. Active and vesicular transport.
13. Secondary active transport.
14. Compartment system.
Principles of sensory perception
1. Sense perception, the general structure of the receptive system, senses.
2. Weber-Fechner law and Stevens law.
3. Sight. Ocular light refractive apparatus, accommodation, visual acuity.
4. Trichromatic theory of vision.
5. Molecular mechanism of vision, photochemical reaction.
6. Eye defects.
7. Sound, hearing, and theories of hearing.
8. Acoustic impedance.
9. Structure of the outer, middle, and inner ear.
10. Corti's organ.
11. Hearing defects.
Laboratory training
- Determination of the partition coefficient of a substance between two immiscible liquids.
- Potentiometric determination of the dissociation constant of a weak acid.
- Conductimetric determination of the dissociation constant of a weak acid or a weak base.
- Spectrophotometry: determination of the molar absorption coefficient.
- Optical measurement methods: refractometry and polarimetry.
Last update: Pavlíková Přecechtělová Jana, Mgr., Ph.D. (15.02.2025)
Interakce elektromagnetického záření s hmotou
1. Elektromagnetické záření: elektromagnetická vlna, elektromagnetické spektrum, vlastnosti elektromagnetického vlnění,.
2. Rychlost šíření elektromagnetického záření, světelný paprsek.
3. Huygensův princip.
4. Odraz světla.
5. Lom světla, Abbého refraktometr.
6. Ohyb světla, disperze světla.
7. Rentgenová difrakce, Braggův zákon, rentgenová krystalografie.
8. Geometrická (paprsková) optika; zrcadla, čočky.
9. Youngův experiment.
10. Polarizované světlo, kruhový polarimetr.
11. Kvantová optika, energie fotonu.
12. Fotoelektrický jev.
Spektroskopie - principy
1. Spektroskopie. Spektrum.
2. Lambert-Beerův zákon, absorbance, transmitance.
3. Atomová spektroskopie: interpretace pomocí Bohrova modelu atomu, absorpční spektra, emisní spektra.
4. Úvod do molekulové spektroskopie: elektronové, vibrační a rotační energetické hladiny. Oblasti elektromagnetického spektra a spektroskopické techniky, které je využívají.
5. UV-VIS spektroskopie: molekulové orbitaly, diagram molekulových orbitalů v molekule vodíku, elektronové přechody, vlivy substituentů, konjungace a rozpouštědla, komplementární barvy.
6. Úvod do vibrační spektroskopie: potenciál a energetické hladiny harmonického a anharmonického oscilátoru.
7. Infračervená spektroskopie (IČ): výběrové pravidlo pro infračervené přechody, normální mody víceatomových molekul, oblast charakteristických vibrací a oblast otisku palce v infračerveném spektru.
8. Ramanova spektroskopie: výběrové pravidlo pro Ramanovy přechody, Stokesův a anti-Stokesův posun, výběrové pravidlo pro Ramanovy přechody.
9. Luminiscenční spektroskopie: fluorescence, fosforescence, Jablonskiho diagram, multiplicita stavu.
10. NMR spektroskopie v kontextu ostatních spektroskopických metod - čím se NMR liší?
Iontové rovnováhy I a II
1. Charakteristika elektrolytů, stupeň disociace, Arrheniova teorie. Arrheniův vztah pro stupeň disociace.
2. Aktivita, aktivitní koeficient, iontová síla roztoků, Debye-Hűckelova teorie. Vztahy pro výpočet aktivitních koeficientů.
3. Disociace slabých kyselin a zásad, výpočet jejich pH, Ostwaldův zřeďovací zákon.
4. Hydrolýza solí, hydrolytická konstanta, výpočet pH solí.
5. Pufry, mechanismus působení, Hendersonovy - Hasselbalchovy rovnice.
6. Autoprotolýza vody, pH, teorie kyselin a zásad (Arrhenius, Bronsted-Lowry, Lewis).
7. Amfoterní elektrolyty, isoelektrický bod.
8. Acidobazické indikátory.
9. Součin rozpustnosti, rozpustnost sraženin.
Jevy na fázovém rozhraní
1. Pevná a kapalná fázová rozhraní.
2. Povrchové napětí.
3. Adsorpce v kapalném mezifází, povrchově aktivní látky, systém hydrofilně-lipofilní.
4. Jevy na fázovém rozhraní částic, vliv elektrolytů, principy chromatografických metod.
5. Pozitivní a negativní adsorpce na povrchu kapaliny.
6. Mezifázové napětí.
7. Napětí působící v místě styku tří fází.
8. Kontaktní úhel.
9. Rozprostírací koeficient.
Elektrochemie, elektrochemické metody I a II
1. Vodivost elektrolytů, její koncentrační závislost, Kohlrauschův zákon o nezávislém putování iontů. Pohyblivost iontů v elektrickém poli.
2. Měření vodivosti, využití vodivostních měření.
3. Vznik elektrodového potenciálu. Nernstova rovnice. Tabelace elektrodových potenciálů.
4. Potenciometrie a její využití.
5. Typy elektrod, Donnanův potenciál.
6. Galvanické články a měření EMN. Vztah mezi EMN° a Gibbsovou energií.
7. Elektrolýza, Faradayovy zákony.
8. Látkový tok, difúze (Fickův zákon).
9. Další transportní děje v roztocích, Nernstova - Planckova rovnice.
Koloidika, polymery
1. Typy rozdělení a charakterizaci koloidních systémů.
2. Lyofilní, lyofobní a asociační koloidy.
3. Optické, kinetické a elektrické vlastnosti koloidů.
4. Suspenze, mezifázové vlastnosti, tvorba suspenzí, sedimentace
5. Emulze, typy emulzí, teorie jejich tvorby a stabilita.
8. Micely, kritická micelární koncentrace.
9. Sedimentace částic.
10. Monomerní složení polymerů.
11. Struktura polymerů a kopolymerů.
12. Krystalické a amorfní oblasti polymerů.
13. Fyzikální vlastnosti polymerů.
14. Skelný přechod polymerů.
15. Rozpustnost polymerů.
Reakční kinetika
1. Průměrná a okamžitá rychlost chemické reakce, jednotky rychlosti, rychlostní konstanta a její jednotky, dílčí a celkový řád reakce.
2. Reakce 0. řádu: diferenciální a integrovaný tvar rychlostní rovnice, graf závislosti okamžité koncentrace a rychlosti na čase, grafické stanovení rychlostní konstanty, výpočet a grafické stanovení poločasu reakce.
3. Reakce 1. řádu: diferenciální a integrovaný tvar rychlostní rovnice, graf závislosti okamžité koncentrace a logaritmu okamžité koncentrace na čase, grafické stanovení rychlostní konstanty, výpočet a grafické stanovení poločasu reakce.
4. Reakce 2. řádu: diferenciální a integrovaný tvar rychlostní rovnice, graf závislosti okamžité koncentrace a převrácené hodnoty okamžité koncentrace na čase, grafické stanovení rychlostní konstanty, výpočet a grafické stanovení poločasu reakce
5. Závislost reakční rychlosti na teplotě, Arrheniova rovnice: exponenciální a linearizovaný tvar, aktivační energie, reakční koordináta, rychlost určující krok.
6. Kineticky a termodynamicky řízené reakce.
Nerovnovážné systémy
1. Nerovnovážný, stacionární a rovnovážný systém.
2. Proud veličiny, tok veličiny, gradient veličiny.
3. Transportní děje.
4. Křížové efekty v systémech, kde existuje více než jeden gradient.
5. Difúze v kapalném prostředí.
6. 1. Fickův zákon.
7. Stokesova-Einsteinova rovnice.
8. 2. Fickův zákon.
9. Difúze v jiném než kapalném prostředí.
10. Rozpouštění tuhé látky.
11. Termodynamicky nestabilní systémy.
Biologické membrány a transport látek přes membránu
1. Membrány – struktura, funkce.
2. Lipidová dvojvrstva.
3. Lipidy v biologických membránách.
4. Lipozomy.
5. Peroxidace lipidů.
6. Bílkoviny v biologických membránách.
7. Aktivní a pasivní transport látek přes membránu.
8. Difúze prostá, přes membránu, difúze nabitých částic.
9. Rozdělovací koeficient.
10. Osmóza.
11. Donnanova rovnováha.
12. Aktivní a vezikulární transport.
13. Sekundární aktivní transport.
14. Systém kompartmentů.
Principy smyslového vnímání
1. Smyslové vnímání, obecná stavba receprotu, smysly.
2. Weberův-Fechnerův zákon a Stevensův zákon.
3. Zrak. Oční světlolomný aparát, akomodace, zraková ostrost.
4. Trichromatická teorie vidění.
5. Molekulární mechanismus vidění, fotochemická reakce.
6. Oční vady.
7. Zvuk, slyšení, teorie slyšení.
8. Akustická impedance.
9. Struktura vnějšího, středního a vnitřního ucha.
10. Cortiho orgán.
11. Vady sluchu.
Laboratorní cvičení
-
Určení rozdělovacího koeficientu látky.
-
Stanovení disociační konstanty slabé kyseliny potenciometricky.
-
Stanovení disociační konstanty slabé kyseliny nebo báze konduktometricky.
- Spektrofotometrie: stanovení molárního absorpčního koeficientu.
- Optiké měřící metody: refraktometrie a polarimetrie.
Last update: Pavlíková Přecechtělová Jana, Mgr., Ph.D. (15.02.2025)