Fyzikální chemie

Sylabus

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

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.

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 koncentrace roztoků 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

Anotace

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.