Fyzikální chemie - GB116

• Anglický název: Physical Chemistry
• Zajišťuje: Katedra biofyziky a fyzikální chemie (16-16110)
• Fakulta: Farmaceutická fakulta v Hradci Králové
• Platnost: od 2023
• Semestr: letní
• Body: 0
• E-Kredity: 6
• Způsob provedení zkoušky: letní s.:písemná
• Rozsah, examinace: letní s.:9/14, Z+Zk [HS]
• Počet míst: neomezen / neomezen (neurčen)
• Minimální obsazenost: neomezen
• 4EU+: ne
• Virtuální mobilita / počet míst pro virtuální mobilitu: ne
• Stav předmětu: vyučován
• Jazyk výuky: čeština
• Způsob výuky: kombinovaný
• Způsob výuky: kombinovaný
• Vysvětlení: (ZB, komb.1.r.)
• Poznámka: odhlásit z termínu zkoušky při nesplněné rekvizitě; předmět je možno zapsat mimo plán; povolen pro zápis po webu
• Garant: Mgr. Jana Pavlíková Přecechtělová, Ph.D.
• Kategorizace předmětu: Farmacie >
• Korekvizity : GB106

Anotace

čeština

Poslední úprava: Mgr. Jana Pavlíková Přecechtělová, Ph.D. (18.02.2024)

Fyzikální chemie je interdisciplinární předmět využívající poznatků fyziky, chemie, elektrochemie a kvantové mechaniky pro popis vlastností sloučenin na úrovni molekulární i makroskopické. Tento předmět poskytuje studentům potřebné teoretické základy oboru a znalosti principů fyzikálně-chemických měřicích metod. 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.

angličtina

Poslední úprava: Mgr. Jana Pavlíková Přecechtělová, Ph.D. (18.02.2024)

Physical chemistry is a multidisciplinary subject employing the knowledge of physics, chemistry, electrochemistry and quantum mechanics for the description of substances on both the molecular and the macroscopic 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.

Podmínky zakončení předmětu

Poslední úprava: Mgr. Jana Pavlíková Přecechtělová, Ph.D. (18.02.2024)

Podmínkou udělení zápočtu je minimálně 50% účast na seminářích.

Literatura

Poslední úprava: Mgr. Jana Pavlíková Přecechtělová, Ph.D. (18.02.2024)

Povinná:

• Kubíček, Vladimír. Výpočty z fyzikální chemie I. Praha: Karolinum, 2010, 71 s. ISBN 978-80-246-1806-7.
• Lázníčková, Alice, Kubíček, Vladimír. Základy fyzikální chemie: vybrané kapitoly pro posluchače Farmaceutické fakulty. Praha: Karolinum, 2014, 168 s. ISBN 978-80-246-2791-5.

Sylabus

čeština

Poslední úprava: Mgr. Jana Pavlíková Přecechtělová, Ph.D. (18.02.2024)

Úvod do předmětu

• Náplň Fyzikální chemie a její vztah k chemickým, biologickým a farmaceutickým disciplínám.

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

• emisní molekulová spektra (Ramanův jev, fluorescence a fosforescence)

• fotochemické reakce.

Termodynamika

• 1. věta termodynamiky, pojem vnitřní energie a enthalpie, standartní stav, definice termochemických parametrů, termochemické zákony, závislost reakčního tepla na teplotě

• 2. věta termodynamiky, pojem entropie, vratné a nevratné děje, Gibbsova a Helmholtzova funkce, spojené formulace 1. a 2. věty, chemický potenciál, 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

Fázové rovnováhy

• Gibssův zákon fází, typy soustav

• jednosložkové rovnováhy, Clapeyronova a Clausiova-Clapeyronova rovnice

• dvousložkové soustavy, Henryho zákon, omezeně mísitelné kapaliny

• rozpustnost tuhých látek, soustava tuhá látka - rozpouštědlo, taveniny

• Raoultův zákon a jeho využití, kryoskopie a ebulioskopie, osmotický tlak

• třísložkové soustavy, Nernstův rozdělovací zákon, extrakce

• trojúhelníkový diagram, soustava tří kapalin

• jevy na fázovém rozhraní, principy chromatografických metod

• základní metodiky termické analýzy.

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

• vliv teploty a dalších faktorů na reakční rychlost

• kinetika simultánních reakcí

• heterogenní reakce, katalýza.

Elektrochemie

• Rovnováhy v roztocích elektrolytů, charakteristika elektrolytů, stupeň disociace

• Arrheniova teorie

• specifická a molární vodivost elektrolytů

• aktivita, aktivitní koeficient, iontová síla, Debye-Hückelův limitní vztah

• disociace 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 sraženin, součin rozpustnosti

• transportní děje v roztocích elektrolytů, vodivost elektrolytů, Kohlrauschův zákon, Arrheniův vztah

• potenciál elektrody v roztoku vlastních iontů, oxidačne-redukční potenciál, typy elektrod

• galvanické články a měření EMN, kapalinový potenciál, fyziologický potenciál

• elektrolýza, Faradayovy zákony, polarizace, princip polarografie a příbuzné moderní elektrochemické metody.

Koloidní systémy

• 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

• kapalné povrchy, povrchové a mezipovrchové napětí

• adsorpce v kapalném mezifází, povrchově aktivní látky, systém hydrofilně-lipofilní

• elektrická dvojvrstva, Nernstův a zeta potenciál, vliv elektrolytů.

 

Semináře a výpočty modelových příkladů

• koncentrace roztoků

• pH slabých a středně silných kyselin a zásad, pH pufrů, disociace látek v závislosti na pH

• 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

angličtina

Poslední úprava: Mgr. Jana Pavlíková Přecechtělová, Ph.D. (18.02.2024)

Introduction to the subject

• A content of physical chemistry and its relation to pharmaceutical disciplines.

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,

• molecular emission spectra (Raman phenomenon, fluorescence and phosphorescence)

• photochemical reactions.

Thermodynamics

• 1^st law of thermodynamics, internal energy and enthalpy, standard state, thermochemistry, reaction heats, thermochemical laws, standard heats of formation and combustion, dependence of the reaction heat on temperature

• 2^nd law of thermodynamics, reversible and irreversible processes, entropy, Helmholtz and Gibbs energies, chemical potential, conception of absolute entropy

• 3^rd 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.

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 0^th, 1^st, 2^nd 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

• dissociation 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,

• electrode potential metal/metal-ion system, oxidation-reduction potential, types of electrodes,

• galvanic cells, measurement of EMV, junction potential, physiologic potential

• electrolysis, Faraday´s laws, polarization, principle of classical polarography and related voltametric 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.

 

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
• 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

Studijní opory

Poslední úprava: Mgr. Jana Pavlíková Přecechtělová, Ph.D. (18.02.2024)

https://intranet.faf.cuni.cz/Studijni-materialy/KBFCH/?path=fyzik%c3%a1ln%c3%ad+chemie

E-learning Moodle: Fyzikální chemie

https://dl1.cuni.cz/course/view.php?id=3610