CHEMIA FIZYCZNA - PROGRAM WYKŁADÓW
FARMACJA II rok 2007/2008, Akademia Medyczna w Lublinie
Liczba godzin 30.
Cel nauczania:
Poznanie podstaw termodynamiki chemicznej, zagadnień z zakresu stanu równowagi chemicznej, elektrochemii, kinetyki chemicznej, fizykochemii układów rozproszonych, zjawisk powierzchniowych itp. Zagadnienia te stanowią podstawę teoretyczną niezbędną do zrozumienia problemów związanych np. z biegiem procesów fizycznych i chemicznych w organizmie, (metabolizm, wchłanianie, dystrybucja leku w ustroju, jego eliminacja z ustroju, itp.), przygotowaniem postaci leku (jego formą), analizą i przechowywaniem leków. Stanowią też podstawę do nauczania wielu przedmiotów prowadzonych w zakresie studiów farmaceutycznych, np. farmacji stosowanej, analizy klinicznej, biochemii, farmakodynamiki, farmakokinetyki, chemii i analizy leków itp.
Treść nauczania
1. Układy makroskopowe i równowagi fazowe
Układy jednoskładnikowe jednofazowe. Stany skupienia materii. Gazy doskonałe i rzeczywiste. Równanie Van der Waalsa. Ciecze (niutonowskie i nieniutonowskie). Napięcie powierzchniowe. Lepkość. Ciała krystaliczne. Badanie struktury kryształów promieniami rentgenowskimi. Ciekłe kryształy.
Układy jednoskładnikowe dwufazowe. Parowanie cieczy i wrzenie. Równanie Claussiusa-Clapeyrona. Topnienie i krzepnięcie. Sublimacja. Przemiany alotropowe i polimorficzne.
Układy jednoskładnikowe trójfazowe. Równowaga trzech faz. Reguła faz Gibbsa.
Układy wieloskładnikowe jedno i wielofazowe. Roztwory. Mieszaniny gazów. Prawo Daltona. Roztwory gazów w cieczach. Prawo Henry'ego. Roztwory cieczy w cieczach. Prawo Raoulta i odchylenia od tego prawa. Układy zeotropowe i azeotropowe. Destylacja roztworów dwóch cieczy mieszających się nieograniczenie (zeotropów i azeotropów). Destylacja z parą wodną. Ograniczona rozpuszczalność wzajemna dwóch cieczy, np. fenol - woda, zależność od temperatury. Układy trzech cieczy, z których dwie nie mieszają się ze sobą. Trójkąt Gibbsa - izoterma rozpuszczalności, linie koniugacji. Prawo podziału Nernsta. Ekstrakcja jedno- i wielostopniowa. Roztwory ciał stałych w cieczach. Prężność pary nasyconej nad roztworem ciała stałego (np. chlorek sodu, sacharoza). Temperatura wrzenia i krzepnięcia roztworów. Ebuliomeria i kriometria. Osmoza i ciśnienie osmotyczne. Biologiczna rola ciśnienia osmotycznego. Roztwory izotoniczne, hipotoniczne i hipertoniczne. Tonizowanie płynów iniekcyjnych. Mieszaniny eutektyczne.
2. Podstawy energetyki chemicznej (termodynamika i termochemia)
I zasada termodynamiki. Energia wewnętrzna. Entalpia. Ciepło przemian fazowych i reakcji chemicznych. Prawo Hessa. Prawo Kirchhoffa. Druga zasada termodynamiki. Entropia. Trzecia zasada termodynamiki. Energia swobodna i potencjał termodynamiczny.
3. Statyka chemiczna
Równowaga chemiczna. Stała równowagi chemicznej. Izobara i izoterma van't Hoffa.
4. Kinetyka chemiczna
Szybkość reakcji chemicznej. Cząsteczkowość i rząd reakcji. Kinetyka reakcji 0, 1, 2 rzędu. Metody wyznaczania rzędu reakcji. Wpływ temperatury na szybkość reakcji chemicznej (równanie Arrhreniusa, współczynnik temperaturowy). Teoria zderzeń aktywnych, energia aktywacji. Teoria kompleksu przejściowego. Kataliza jednofazowa i wielofazowa. Autokataliza. Badanie trwałości leków metodą przyśpieszonego starzenia. Kinetyka reakcji enzymatycznych. Podstawy farmakokinetyki.
5. Elektrochemia
Przewodność elektronowa i jonowa. Ruchliwość jonów. Przewodność właściwa i molowa elektrolitów. Zastosowanie pomiarów przewodności do wyznaczania rozpuszczalności soli trudno rozpuszczalnych. Podstawy teorii mocnych elektrolitów. Wyznaczanie współczynników aktywności. Ogniwa galwaniczne. Szereg napięciowy metali. Potencjał elektrody. Siła elektromotoryczna ogniwa. Elektroda wodorowa. Elektrody drugiego rodzaju. Elektroda kalomelowa. Ogniwo wzorcowe Westona. Elektrody utleniająco - redukujące. Elektroda szklana. Ogniwa stężeniowe. Potencjał dyfuzyjny. Pomiar siły elektromotorycznej. Związek siły elektromotorycznej z funkcjami termodynamicznymi reakcji w ogniwie. Zastosowanie pomiarów siły elektromotorycznej i potencjału elektrod do wyznaczania pH, stałej dysocjacji, iloczynu rozpuszczalności. Potencjometria. Napięcie rozkładowe - nadnapięcie.
6. Zjawiska powierzchniowe
Oddziaływania międzycząsteczkowe. Adsorpcja na powierzchni ciał stałych. Adsorpcja chemiczna i fizyczna. Izotermy adsorpcji. Adsorpcja na granicy faz ciec- gaz. Równanie Gibbsa. Substancje powierzchniowo czynne. Adsorpcja substancji powierzchniowo czynnych na granicy faz gaz - ciecz. Adsorpcja jonowymienna.
7. Układy dyspersyjne
Rodzaje koloidów. Metody otrzymywania i oczyszczania koloidów. Właściwości optyczne, elektryczne i kinetyczne układów koloidowych. Budowa miceli. Potencjał elektrokinetyczny. Koagulacja koloidów liofilowych i liofobowych. Równowaga Donnana. Emulsje. Emulgatory. Solubilizacja. Piany. Właściwości fizyczne i fizykochemiczne emulsji. Zastosowanie emulsji.
8. Podstawy wybranych metod separacji
Chromatografia, elektroforeza, elektrochromatografia, destylacja, ekstrakcja, separacja membranowa.
9. Spektroskopia molekularna
Spektroskopia rotacyjna i oscylacyjna. Przejścia elektronowe. Jądrowy rezonans magnetyczny. Spektrometria masowa.
10. Elementy fotochemii
Wydajność kwantowa. Fluorescencja.
10. Elementy radiochemii
11. Przykłady obliczeń fizykochemicznych
Literatura:
Farmacja fizyczna, pod red. T. Hermanna, PZWL Warszawa, 1999.
Podstawy chemii fizycznej, P. W. Atkins, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1999.
Chemia fizyczna, A. Danek, PZWL, Warszawa, 1982.
Ćwiczenia z chemii fizycznej - skrypt dla studentów Wydz. Farmaceutycznego i Oddziału Analityki Medycznej - pod redakcją W. Gołkiewicza i J. Kuczyńskiego, Akademia Medyczna w Lublinie, 2003.
Chemia analityczna, pod red. R. Kocjana, PZWL, Warszawa 2000.
Krótkie wykłady: CHEMIA FIZYCZNA, A.G. Whittaker, A.R. Mount i M.R. Heal, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2003.
Chemia fizyczna, L. Sobczyk i A. Kisza, PWN, Warszawa.