Fyzikální chemie je interdisciplinární předmět využívající poznatků fyziky, chemie, elektrochemie a kvantové mechaniky pro popis vlastností sloučenin na molekulární úrovni. Tento předmět poskytuje studentům potřebné teoretické základy oboru a znalosti principů fyzikálně-chemických měřicích metodik. Jedná se o přípravný předmět, který má za cíl připravit studenty pro výuku navazujících disciplín obecně přírodovědného základu i disciplín čistě farmaceutických.
Témata: Úvod do předmětu, Mezimolekulové síly a stavy hmoty, Fyzikální vlastnosti látek, Fotochemie, Termodynamika, Chemické rovnováhy, Fázové rovnováhy, Reakční kinetika, Elektrochemie, Koloidní systémy
Poslední úprava: Pullmannová Petra, Mgr., Ph.D. (24.09.2021)
Physical chemistry is a multidisciplinary subject employing the knowledge of physics, chemistry, electrochemistry and quantum mechanics for the description of substances on the molecular level. This subject provides a necessary theoretical basis and enables students to acquire knowledge of principles of physical-chemical methods of measurement. This subject affords a fundamental knowledge necessary in study of follow-up subjects from the area of natural sciences as well as pharmaceutical disciplines.
Topics: Introduction to the subject, Intermolecular forces and states of matter, Physico-chemical properties of substances, Photochemistry, Thermodynamics, Chemical equilibrium, Phase equilibrium, Reaction kinetics, Electrochemistry, Colloidal systems.
Poslední úprava: Pullmannová Petra, Mgr., Ph.D. (24.09.2021)
Podmínky zakončení předmětu -
Podmínkou udělení zápočtu je splnění následujících podmínek:
Absolvování všech úloh v praktických cvičeních, které posluchači přísluší podle rozvrhu. Úlohy zameškané z jakéhokoli důvodu je třeba nahradit ve zvlášť určených termínech.
Úspěšné odevzdání protokolů z absolvovaných úloh.
Úspěšné absolvování zápočtového testu. Zápočtový test sestává ze dvou výpočtových příkladů (každý po 25-ti bodech). Pro úspěšné absolvování testu je potřeba získat minimálně 20 bodů.
Poslední úprava: Pullmannová Petra, Mgr., Ph.D. (24.09.2021)
Following conditions need to be fulfilled to gain the credit:
1. Completing all the tasks in the practical classes. Tasks missed for any reason need to be replaced in specially specified terms. 2. Successful submission of protocols from completed tasks. 3. Passing the credit test. The credit test consists of 2 computational tasks (for 25 points each, i.e. 50 points altogether). To pass the test, a student needs to obtain at least 20 points.
Poslední úprava: Pullmannová Petra, Mgr., Ph.D. (24.09.2021)
Literatura
Povinná:
Kubíček, Vladimír. Výpočty z fyzikální chemie I. Praha: Karolinum, 2010, 71 s. ISBN 978-80-246-1806-7.
Kubíček, Vladimír. Praktická cvičení z fyzikální chemie. Praha: Karolinum, 2013, 58 s. ISBN 978-80-246-2203-3.
Lázníčková, Alice, Kubíček, Vladimír. Základy fyzikální chemie : vybrané kapitoly pro posluchače Farmaceutické fakulty. Praha: Karolinum, 2014, 168 s. ISBN 978-80-246-2791-5.
Poslední úprava: prepocet_literatura.php (19.09.2024)
Sylabus -
Úvod do předmětu
Náplň Fyzikální chemie a její vztah k chemickým, biologickým a farmaceutickým disciplínám.
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
Rovnovážná konstanta, rovnovážný stupeň konverze a jeho ovlivnění reakčními podmínkami, le Chatelierův princip.
Standardní změna Gibbsovy energie při reakci, závislost rovnovážné konstanty na teplotě, van´t Hoffovy rovnice.
Fázové rovnováhy
Gibssův zákon fází, jednosložkové soustavy, fázový diagram, Clausiova-Clapeyronova rovnice.
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
1st law of thermodynamics, internal energy and enthalpy, standard state, thermochemistry, reaction heats, thermochemical laws, standard heats of formation and combustion
2nd law of thermodynamics, entropy, reversible and irreversible processes, Helmholtz and Gibbs energies, chemical potential, 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, temperature dependence of equilibrium constant, van´t Hoff equations
Phase equilibrium
Gibbs phase rule, types of systems
one component equilibrium, Clapeyron and Clausius-Clapeyron equations
two component systems, Henry´s law, sparingly miscible liquids
solubility of solid substances, system solid substance - solvent, melts
Raoult´s law and its application, cryoscopy and ebullioscopy, osmotic pressure
three component systems, Nernst distribution law, extraction
ternary diagram, system of three liquids
interfacial phenomena, principles of chromatography
basic methodology of thermal analysis.
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 reaction
effect of temperature and other factors on reaction rate
kinetics of simultaneous reactions
heterogeneous reaction, catalysis
Electrochemistry
equilibria electrolyte solutions, characteristics of electrolytes, degree of dissociation
Arrhenius classical theory
activity, activity coefficient, ionic strength, Debye-Hückel equations for activity coefficients
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 precipitates, solubility product
transport processes electrolyte solutions, conductivity of electrolytes, Kohlrausch law, Arrhenius relation,
Nernst equation, electrode potential of metal/metal-ion system, standard reduction potential, types of electrodes, Donnan potential, osmotic pressure
galvanic cells, measurement of electromotive force
electrolysis, Faraday´s laws
polarization of electrodes, net movement of molecules (diffusion), introduction to electrochemical methods.
Colloidal systems
Classification of dispersed 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, surface and interfacial tension,
adsorption at liquid interfaces, surface-active substances, hydrophile-lipophile balance,
electric double layer, Nernst and zeta potential, influence of electrolytes.
Practical training
Determination of the relative molecular weight by Rast method
Determination of the phase diagram in a ternary system containing a single pair of sparingly miscible liquids
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