Egzamin z chemii fizycznej
1. Co to jest funkcja falowa, jej własności, cechy.
2. Założenia termodynamiki statystycznej.
prawdopodobieństwo wystąpienia każdego stanu jest a priori takie same
stanowi równowagi termodynamicznej odpowiada taki stan makro, w którym
prawdopodobieństwo termodynamiczne jest największe
entropia układu S jest funkcją prawdopodobieństwa termodynamicznego
S=f(W)
3. Funkcje termodynamiczne i zależności między nimi.
Energia wewnętrzna U- suma wszystkich energii cząsteczki, obejmująca energię
rotacyjną, postępową, drgającą, związaną z oddziaływaniami międzycząsteczkowymi,
energiÄ™ jÄ…dra i potencjalnÄ… czÄ…steczki.
Energia swobodna- maksymalna ilość pracy, jaka może zostać wykonana w wyniku
przemiany izochoryczno-izotermicznej
Entalpia H- jest miarą zmiany ciepła układu
Entalpia swobodna G- miara samorzutności procesu w warunkach izobaryczno-
izotermicznych
+pV
U H
-TS -TS
+pV
F G
"G
H = G - TëÅ‚ öÅ‚
ìÅ‚ ÷Å‚
"T
íÅ‚ Å‚Å‚
p
"F
U = F - TëÅ‚ öÅ‚
ìÅ‚ ÷Å‚
"T
íÅ‚ Å‚Å‚V
"p "V
C = Cv + TëÅ‚ öÅ‚ ëÅ‚ öÅ‚
ìÅ‚ ÷Å‚ ìÅ‚ ÷Å‚
p
"T "T
íÅ‚ Å‚Å‚V íÅ‚ Å‚Å‚
p
"p
"Hr = "Ur + TëÅ‚ öÅ‚
ìÅ‚ ÷Å‚
"T
íÅ‚ Å‚Å‚v
ëÅ‚ "("Gr /T )öÅ‚
"H = ìÅ‚ ÷Å‚
r
ìÅ‚ ÷Å‚
"(1/ T )
íÅ‚ Å‚Å‚T
ëÅ‚ "("Fr / T )öÅ‚
"U = ìÅ‚ ÷Å‚
r
ìÅ‚ ÷Å‚
"(1/ T )
íÅ‚ Å‚Å‚T
Gaz doskonały: C = CV + R
p
"H = "U + RT"vigaz
r r
4. Opisać parametry farmakokinetyczne.
Dostępność biologiczna leku (F)  określa ułamek (%) dawki, jaki dociera do
krążenia ogólnego oraz szybkość, z jaką ten proces zachodzi, po
pozanaczyniowym podaniu leku (0-100%).Umożliwia to podział leków na
dobrze się wchłaniające, słabo lub wcale.
Objętość dystrybucji (Vd)  charakteryzuje dystrybucję leku w organizmie
(czyli rozmieszczenie w płynach i tkankach organizmu). Jest to współczynnik
proporcjonalności między ilością leku w organizmie, a stężeniem leku w tym
samym czasie we krwi.
X [mg]
X = Vdc => Vd = [Vd ] = = [dm3 ]
c [mg / dm3 ]
Klirens (Cl)  określa szybkość eliminacji leku z organizmu, w wyniku
metabolizmu leku lub wydalaniu go niezmienionego i jego metabolitów.
Całkowity klirens wyraża objętość krwi, jaka w jednostce czasu jest
oczyszczana nieodwracalnie z leku.
Cl = ClH + ClR + Clinne
ClH  klirens wÄ…trobowy
ClR  klirens nerkowy
Biologiczny okres półtrwania (t0,5)  określa szybkość dyspozycji leku w
organizmie. Jest to czas, po jakim stężenie leku we krwi zmniejsza się o
połowę. O jego wartości decyduje proces dystrybucji i eliminacji leku.
0,693Vd
t0,5 =
Cl
5. Wyprowadz
wzór na stałą szybkości reakcji I rzędu i t1/2.
ln[A] = ln[A]0  kt (patrz zad.6)
ln[A] - ln[A] 1 C0
2 1
k = - = ln
t2 - t1 t C
1 [A]0 ln 2 0,693
t0,5 = ln = =
k [A]0 / 2 k k
6. Co to jest szybkość reakcji, wyprowadz
wzór stężenie-czas dla reakcji I rzędu.
(Średnia) szybkość reakcji to stosunek ubytku stężenia substratów lub przyrostu
stężenia produktów do przyrostu czasu, w jakim zachodzą zmiany stężenia.
"c c2 - c1
v = Ä… = Ä…
"t t2 - t1
Wyprowadzenie wzoru dla reakcji I rzędu:
[A] -> [C]
d[A]
- = k[A]
dt
[ A] t
d[A]
= -k
+" +"dt
[A]
[ A]0 t0
(ln[A] - ln[A]0) = -kt
ln[A] = ln[A]0  kt => [A] = [A]0 e-kt
7. Na czym polega badanie trwałości leków metodą przyspieszonego starzenia?
Metoda ta bada trwałość leków w warunkach podwyższonej temp.(30-90*C). W
metodzie tej wykorzystuje się równanie Arrheniusa:
Ea
-
d ln k Ea
RT
= => k = Ae
2
dT RT
Z równania tego możemy wyliczyć stałą szybkości reakcji. Posłuży ona do wyliczenia
t0,1, czyli czasu, w którym ulegnie rozłożeniu 10% leku.
8. Definicje:
" Temperatura topnienia (=krzepnięcia)  temperatura, w jakiej pod danym
ciśnieniem ciało stałe i ciecz współistnieją ze sobą w równowadze.
" Temperatura wrzenia  temperatura, dla której prężność pary nasyconej jest
równa ciśnieniu zewnętrznemu
" Ciepło spalania  patrz entalpia spalania
" Entalpia spalania ("H0sp.,298) efekt cieplny, towarzyszÄ…cy spalaniu 1 mola
substancji w tlenie (pod stałym ciśnieniem) do dwutlenku węgla i wody ciekłej
oraz do produktów utlenienia innych pierwiastków występujących w danej
substancji.
"H0sp.,298 = Qp = "(ni "H0sp.,298)sub - "(ni "H0sp.,298)prod
" Okres połowicznej przemiany  czas, w którym ulegnie przemianie (reakcji)
połowa wyjściowej ilości substratu.
" Izoterma adsorpcji  wyróżniamy izotermę adsorpcji Langmuira i Freundlicha
( a = x/m = kp1/n)
" Adsorpcja  zdolność do powierzchniowego zagęszczania (adsorpcja +) lub
rozrzedzania (adsorpcja -) rozważanej substancji. Wyróżniamy adsorpcję
fizycznÄ… i chemicznÄ….
" Rząd reakcji  suma wykładników potęgowych stężeń poszczególnych
substratów wpływających na szybkość reakcji.
n = n1 + n2
" Napięcie powierzchniowe  siła, jaką wywiera pojedyncza powierzchnia
swobodna cieczy rozpiętej na ramce, na jednostkę długości ruchomej ramki.
F
à =
2l
Inne definicje:
Nadmiar energii powierzchniowej odniesiony do jednostki powierzchni
lub jako praca potrzebna do powiększenia powierzchni o wielkość
jednostkowÄ…
Siła działająca stycznie do powierzchni cieczy na jednostkę długości
obwodu powierzchni
" SEM  potencjał elektryczny przewodnika metalicznego, znajdującego się na
schemacie ogniwa po prawej stronie, mierzony przy otwartym ogniwie
względem takiego samego przewodnika po stronie lewej. SEM jest + (czyli +
ładunek przepływa przez ogniwo ze strony lewej do prawej), jeśli "G dla
reakcji przebiegającej w ogniwie jest -. SEM zależy od temperatury, budowy
ogniwa, stężeń, potencjału elektrod.
" Dolna krytyczna temperatura rozpuszczalności  jest to temperatura,
poniżej której dwie ciecze mieszają się ze sobą w sposób nieograniczony
" Kompartment  hipotetyczna przestrzeń organizmu, obejmująca tkanki i
narządy (bez ich fizycznego umiejscowienia), w których lek pod względem
kinetycznym zachowuje siÄ™ podobnie.
" Mieszanina azeotropowa 2 cieczy to mieszanina, która przy określonej
wartości ciśnienia zewnętrznego wrze w ściśle określonej temperaturze, przy
czym skład pary i skład destylatu jest taki sam. Nie da się ich rozdzielić
metodami destylacji. W wyniku destylacji frakcyjnej można jedynie oddzielić
mieszaninę azeotropową od jednego ze składników, który występuje w
nadmiarze.
" Elektroforeza  ruch czÄ…stek, obdarzonych Å‚adunkiem elektrycznym,
względem fazy ciekłej, w polu elektrycznym wytworzonym przez różnicę
potencjałów. Wyróżniamy anaforezę (cząstki o ładunku  wędrują do +
elektrody: anody) i kataforezę (cząstki o ładunku + wędrują do  elektrody:
katody)
" Współczynnik podziału - patrz Prawo podziału Nernsta
" Emulsja  układy dyspersyjne złożone z 2 cieczy niemieszających się (faza
rozproszona + rozpraszajÄ…ca). SÄ… dwa typy emulsji: woda w oleju i olej w
wodzie. Rodzaj emulsji rozpoznajemy metodami: rozcieńczania, barwienia i
pomiaru przewodnictwa elektrycznego
" Pojemność dystrybucji  patrz zad.4
9. Równania i składowe:
" Prawo podziału Nernsta  W stanie równowagi stosunek stężeń
rozpuszczonej substancji w dwóch niemieszających się cieczach jest
wielkością stałą, niezależną od ilości substancji i cieczy.
c1
= K
c2
c1 i c2  stężenia substancji w cieczy pierwszej i drugiej
K  współczynnik podziału
Prawo to jest słuszne, gdy:
Temperatura układu jest stała
Fazy ciekłe nie mieszają się ze sobą
Roztwory substancji rozpuszczonej w obu fazach sÄ… roztworami
rozcieńczonymi
Substancja rozpuszczona nie dysocjuje ani nie asocjuje w cieczach
" Prawo Clausiusa-Clapeyrona
"H
ëÅ‚ öÅ‚
dp p2 "H pf ìÅ‚ 1 1
pf
= => ln = - ÷Å‚
ìÅ‚
dT T"V p1 R T1 T2 ÷Å‚
íÅ‚ Å‚Å‚
"H  ciepło przemiany fazowej
"V  zmiana objętości
" Prawo Kohlrauscha (=niezależnej migracji jonów)  W przypadku
rozcieńczenia nieskończenie wielkiego, każdy jon wnosi swój udział do
przewodnictwa molowego elektrolitu niezależnie od właściwości drugiego jonu
obecnego w roztworze.
›0AmBn = m0 + n0
+ -
" Prawo Stokesa  szybkość sedymentacji dla cząstek kulistych
2
2r (q - qo )g
v =
9·0
g  przyspieszenie ziemskie
q i q0  gęstości: fazy rozproszonej i ośrodka rozpraszającego
·0 - lepkość oÅ›rodka rozpraszajÄ…cego
" Izoterma i izobara van t Hoffa
Izoterma określa zależność między zmianą G a aktualnymi ciśnieniami
cząstkowymi (pi) reagentów oraz stałą równowagi K. Dla wartości
standardowych (pi=1, ci=1, T=298K):
0
"G298 = -RT ln K
p
0
"G298 = -RT ln Kc
Izobara określa wpływ temperatury na wartość stałej równowagi przy nie
zmienionych ciśnieniach parcjalnych i stężeniach reagentów.
0 0
(K )
d ln K
(T2
"H "H - T1)
p
p
T 2
= => ln =
2
dT RT (K ) R T1T2
p
T1
" Prawo Raoulta  prężność pary danego składnika nad roztworem jest równa
iloczynowi prężności pary czystego składnika i jego ułamka molowego w
roztworze.
pi = pi0 xi
pi  prężność pary składnika nad jego roztworem
pi0 - prężność pary czystego składnika w tej samej temperaturze, w jakiej
znajduje się roztwór
xi  ułamek molowy składnika i w roztworze
" Prawo Kirchhoffa  współczynnik temperatury molowej entalpii reakcji Hr
(molowej energii wewnętrznej Ur), czyli pochodna zmian entalpii (energii
wewnętrznej) względem temperatury, jest różnica molowych ciepeł produktów
i substratów reakcji.
""U dQv
ëÅ‚ öÅ‚ ëÅ‚ öÅ‚
r
Cv = "(nicv ) - "(nicv ) = =
ìÅ‚ ÷Å‚ ìÅ‚ ÷Å‚
prod sub
"T dT
íÅ‚ Å‚Å‚v íÅ‚ Å‚Å‚v
dQp
ëÅ‚ öÅ‚
""H
ëÅ‚ öÅ‚
r
ìÅ‚ ÷Å‚
C = "(nicp) - "(nicp ) = =
ìÅ‚ ÷Å‚
p
prod sub ìÅ‚ ÷Å‚
"T dT
íÅ‚ Å‚Å‚
p íÅ‚ Å‚Å‚
p
10. Zależność od temperatury (równania + opisać symbole):
" Ciepła reakcji w warunkach izochorycznych
""U dQv
ëÅ‚ öÅ‚ ëÅ‚ öÅ‚
r
Cv = "(nicv ) - "(nicv ) = =
ìÅ‚ ÷Å‚ ìÅ‚ ÷Å‚
prod sub
"T dT
íÅ‚ Å‚Å‚v íÅ‚ Å‚Å‚v
" Kp i Kc
0
d ln K
"H d ln Kc 0
"U
p
= =
2 2
dT RT dT RT
" Stałej szybkości reakcji
Ea
-
d ln k Ea
RT
= => k = Ae
2
dT RT
" Stałej równowagi reakcji
11. Trzykrotnie podano lek dożylnie w odstępach 6-godzinnych, w dawce po 5mg.
Ile leku zostanie po 15h, jeśli stała eliminacji k=0,231 1/h?
12. T1/2 dla leku wynosi 1000s. Ile substancji pozostanie po 2700s? Reakcja I
rzędu.
13. Oblicz Ea i t1/2 w innej temperaturze. Były podane dwie temperatury i dwa t1/2,
proces I rzędu.
14. Oblicz Ea i temperaturę w innym ciśnieniu. Podane dwa ciśnienia i dwie
temperatury.