Chemia fizyczna, 2 rok Farmacji

Kod przedmiotu – Farm/S/J/2/10
Typ przedmiotu – Obowiązkowy
Poziom przedmiotu – Grupa treści podstawowych
Rok studiów, semestr – II rok, III-IV semestr
Liczba punktów ECTS przypisana przedmiotowi – 6
Metody nauczania – wykłady – 20 godz., ćwiczenia laboratoryjne – 35 godz., seminaria rachunkowe i teoretyczne - 20 godzin.
Język wykładowy – polski
Imię i nazwisko osoby egzaminującej – prof. dr hab. Franciszek Główka

Wymagania wstępne – chemia ogólna, fizyka, matematyka

Cele przedmiotu:

Zaznajomienie studentów z podstawami współczesnej chemii fizycznej. Poznanie metod wyznaczania wielkości fizykochemicznych. Nabycie umiejętności rozumienia i opisu ilościowego przemian fizycznych, reakcji chemicznych oraz posługiwania się danymi fizykochemicznymi w celu przygotowania do studiowania przedmiotów zawodowych: chemii leków, farmacji stosowanej, farmakologii, toksykologii, farmacji klinicznej, technologii chemicznej środków leczniczych.

TEMATYKA WYKŁADÓW

Podstawy termodynamiki chemicznej: Układy termodynamiczne. Pojęcie pracy i ciepła. Procesy odwracalne i nieodwracalne. Pojęcie funkcji stanu. Pierwsza zasada termodynamiki. Pojemność cieplna i ciepła molowe. Pojemność cieplna układu w stałej objętości i w stałym ciśnieniu. Zależność entalpii reakcji od temperatury. Prawo Kirchhoffa. Termochemia. Liczba postępu reakcji. Ciepło reakcji w stałej objętości i w stałym ciśnieniu. Entalpie przemian fizycznych i chemicznych. Prawo Hessa. Procesy samorzutne. II zasada termodynamiki. Produkcja entropii w reakcji chemicznej. Powinowactwo chemiczne. Potencjał chemiczny. Entalpia swobodna i energia swobodna. Właściwości entalpii swobodnej. Równanie Gibbsa-Helmholtza. Standardowa entalpia swobodna reakcji. Wpływ temperatury na zmiany entropii. III zasada termodynamiki.

Kinetyka chemiczna z elementami farmakokinetyki. Pojęcie szybkości, rzędowości, cząsteczkowości reakcji chemicznej. Wyznaczanie rzędowości reakcji. Reakcje zerowego, pierwszego i drugiego rzędu, autokatalityczna reakcja II rzędu. Stała szybkości reakcji. Czas półtrwania leku t_0,5 oraz czas trwałości leku t_0,1. Wpływ temperatury na szybkość reakcji, równanie Arrheniusa, energia aktywacji. Kinetyka reakcji enzymatycznych wg modelu Michaelisa-Menten. Pojęcie kompartmentu. Stała szybkości eliminacji, biologiczny okres półtrwania. Wyznaczanie równań farmakokinetycznych do opisu zmian stężenia leku we krwi czy ilości w moczu po podaniu jednorazowej dawki dożylnej i doustnej w modelu jednokompartmentowym. Równanie Batemana

TEMATYKA SEMINARIÓW TEORETYCZNYCH Z CHEMII FIZYCZNEJ

Właściwości polimerów – dr hab. Andrzej Czyrski (Polimery i biomateriały w farmacji i medycynie i ich zastosowanie; Metody otrzymywania polimerów; Właściwości polimerów: polidyspersyjność, metody wyznaczania masy cząsteczkowej; Lepkość; Prawo Stokesa; Równanie Marka-Houwinka; Temperatura zeszklenia; Kąt zwilżania)
Równowagi fazowe w układach jedno- i dwuskładnikowych – dr Anna Siemiątkowska (Reguła faz Gibbsa; Równanie Clausiusa-Clapeyrona; Molowe ciepło przemiany fazowej; Wpływ ciśnienia i temperatury na rozpuszczalność gazów w cieczach)
Właściwości cieczy i ciał stałych – dr hab. Dorota Danielak (Definicja cieczy – cechy charakterystyczne tego stanu skupienia; Napięcie powierzchniowe – definicja, wzór, jednostki, metody wyznaczania; Zależność napięcia powierzchniowego od temperatury; Związki powierzchniowo czynne – budowa, właściwości, podział, przykłady, liczba HLB, znaczenie w farmacji; Lepkość – definicja, wzór, jednostki, metody wyznaczania, znaczenie w farmacji; Ciecze niutonowskie i nieniutonowskie – definicje i przykłady; Definicja ciała stałego – cechy charakterystyczne tego stanu skupienia; Substancje amorficzne a kryształy; Zjawisko polimorfizmu i jego znaczenie w farmacji)
Ciecze mieszające się, niemieszające się oraz mieszające się ograniczenie – dr Matylda Resztak (Prężność pary nad roztworem doskonałym i rzeczywistym; Prawo Raoulta; Prawo Henry’ego; Skład pary na roztworem; temperatura wrzenia roztworu; Destylacja, diagramy fazowe; Prężność pary i temperatura wrzenia cieczy mieszających się ograniczenie)
Równowagi w roztworach elektrolitów – prof. dr hab. Franciszek Główka (Dysocjacja elektrolityczna, stopień dysocjacji; Teoria dysocjacji wg Arrheniusa, teoria kwasów i zasad wg Brőnsteda-Lowry'ego, teoria elektronowa Lewisa; Iloczyn jonowy wody, roztwory buforowe, pojemność buforowa, równanie Hendersona-Hasselbalcha, bufory w układach biologicznych)
Elektrochemia układów równowagowych – prof. dr hab. Franciszek Główka (Ogniwa elektrochemiczne; Schemat działania ogniwa Daniella; Napięcie ogniwa w warunkach bezprądowych; Konwencja zapisu ogniwa; Ogniwo elektrolityczne; Praca maksymalna, entalpia swobodna reakcji ogniwa, równanie Nernsta, stała równowagi ogniwa)
Elektryczne właściwości cząsteczek – prof. dr hab. Franciszek Główka (Elektryczne momenty dipolowe; Polarność i polaryzowalność cząsteczek; Trwałe i indukowane momenty dipolowe;Względne przenikalności elektryczne; Równanie Debye’a i Clausiusa –Mossotiego; Polaryzacja przy wysokich częstościach; Moment dipolowy a aktywność biologiczna; refrakcja molowa; Dichroizm; Dyspersja skręcalności optycznej, efekt Cottona)
Lasery – prof. dr hab. Franciszek Główka (Samorzutna i wymuszona emisja fotonów; Warunki wystąpienia i etapy akcji laserowej; Zasada działania lasera; warunek rezonansu)
Właściwości układów koloidalnych – dr hab. Katarzyna Kosicka-Noworzyń (Definicja i klasyfikacja układów koloidalnych; Własności kinetyczne, optyczne i elektryczne koloidów; Trwałość układów koloidalnych - koagulacja; Emulsje; Emulgatory i solubilizatory; Liczba HLB)
Podstawy spektroskopii molekularnej – dr hab. Joanna Sobiak (Podstawowe parametry promieniowania elektromagnetycznego (promieniowanie elektromagnetyczne, długość fali, częstotliwość drgania, liczba falowa, natężenie promieniowania, gęstość promieniowania); Korpuskularna i falowa natura promieniowania (Dualizm falowo-korpuskularny, Równanie Schrӧdingera, Heisenberga zasada nieoznaczoności energii); Podział spektroskopii ze względu na zakresy częstotliwości promieniowania; Rodzaje energii molekuł (translacyjna, rotacyjna, oscylacyjna, elektronowa); Absorpcja światła (Równanie Lamberta-Beera, transmitancja, absorbancja)
Spektroskopia NMR – dr hab. Michał Romański (NMR: spinowa i magnetyczna spinowa liczba kwantowa jądra, zachowanie jąder atomowych w polu magnetycznym, warunek rezonansu w NMR, częstość Larmora, lokalne pole magnetyczne i stała ekranowania, przesuniecie chemiczne w Hz i skali delta, całkowanie (integracja) sygnału w ¹H NMR, sprzężenia spinowo-spinowe w ¹H NMR (struktura subtelna widma), trójkąt Pascala, analiza widma ¹H NMR, techniki pomiaru w NMR (absorpcyjna i emisyjna), cechy charakterystyczne ¹³C NMR, 2D NMR, tomografia MRI.
Sprawdzian

TEMATYKA SEMINARIÓW RACHUNKOWYCH Z CHEMII FIZYCZNEJ

Karta wzorów

Układy koloidalne – dr hab. Katarzyna Kosicka-Noworzyń
Równowagi jonowe – prof. dr hab. Franciszek Główka
Elektrochemia – prof. dr hab. Franciszek Główka
Pierwsza i druga zasada termodynamiki – dr hab. Michał Romański
Równowagi fazowe w układach jedno- i wieloskładnikowych, jedno- i wielofazowych –
dr hab. Marta Karaźniewicz-Łada
Kinetyka reakcji chemicznych – dr hab. Dorota Danielak
Właściwości roztworów – dr Matylda Resztak
Sprawdzian

* Liczba porządkowa oznacza kolejny tydzień zajęć w semestrze

TEMATYKA ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH Z CHEMII FIZYCZNEJ

Ćwiczenia odbywają się w sali ćwiczeń Katedry Farmacji Fizycznej i Farmakokinetyki.

1. Układy dyspersyjne

a) Wyznaczanie ruchliwości i masy molowej frakcji białka metodą elektroforezy żelowej

b) Wyznaczanie ładunku koloidu metodą elektroforezy swobodnej

2. Termodynamika roztworów. Właściwości koligatywne

Wyznaczanie masy molowej i współczynnika izotonicznego van’t Hoffa metodą pomiaru ciśnienia osmotycznego

3. Dystrybucja substancji rozpuszczonej pomiędzy ciecze niemieszające się

Pomiar współczynnika podziału olej-woda dla kwasu benzoesowego

4. Elementy elektrochemii

a) Wyznaczanie pK_a kwasu acetylosalicylowego metodą miareczkowania potencjometrycznego

b) Wyznaczanie iloczynu rozpuszczalności trudno rozpuszczalnej soli wapnia.

5. Kinetyka reakcji chemicznych

Wyznaczanie stałej szybkości oraz parametrów termodynamicznych reakcji hydrolizy kwasu acetylosalicylowego.

6. Elementy mechaniki kwantowej

Zastosowanie modelowania molekularnego do oceny właściwości fizykochemicznych substancji leczniczych

7. Zjawiska powierzchniowe. Surfaktanty

Wyznaczanie krytycznego stężenia micelarnego Tweenu 20 metodą tensjometryczną

8. Zjawiska powierzchniowe. Izotermy adsorpcji

Adsorpcja paracetamolu na węglu aktywnym

9. Odrabianie ćwiczeń laboratoryjnych

Piśmiennictwo:

1. Hermann T.W. Chemia Fizyczna. WL PZWL, Warszawa 2007.
2. Atkins P.W. Podstawy chemii fizycznej. WN PWN, Warszawa 2009.
3. Atkins P.W. Chemia fizyczna. WN PWN, Warszawa 2007.

Piśmiennictwo uzupełniające:

1. Atkins P. de Paula J. Elements of Physical Chemistry. Oxford University Press, 2005.
2. Whittaker A.G., Mount A.R., Heal M.R. Chemia Fizyczna, PWN Warszawa, 2007.
3. Główka F. (red.) Farmacja fizyczna. Ćwiczenia laboratoryjne dla studentów farmacji i analityki medycznej. Wydawnictwo Naukowe Uniwersytetu Medycznego w Poznaniu, 2016.