Fyzikální chemie

Podmínkou zápisu na předmět F7ABBFCH je, že student v některém z předchozích semestrů úspěšně absolvoval předmět F7ABBCHM

Úspěšná klasifikace předmětu F7ABBFCH je podmínkou pro následnou klasifikaci předmětu F7ABBLT

Úspěšná klasifikace předmětu F7ABBFCH je podmínkou pro následnou klasifikaci předmětu F7ABBSPT

Garant předmětu:

Karel Roubík

Přednášející:

Libor Holík, Karel Roubík

Cvičící:

Libor Holík

Předmět zajišťuje:

katedra biomedicínské techniky

Anotace:

Fyzikální a chemické vlastnosti látek. Základní výpočty. Podstata a chování látkových soustav plynů a kapalin. Chemické vazby. Vlastnosti rozpouštědel. Elektrolyty. Disociace látek. Fázové rovnováhy, vícesložkové soustavy. Chování a vlastnosti par, vypařování. Elektrochemický potenciál, elektrody. Elektrody prvního a druhého druhu. Referentní a indikační elektrody, elektrody na EKG, EEG, EMG apod. Redoxní potenciál. Inertní elektrody. Membrány - typy, vlastnosti a použití. Osmotický tlak. Iontově selektivní elektrody. Kyselost a zásaditost roztoků, pH. Měření pH. Stálost materiálů, koroze. Pasivace a samopasivace. Elektrolýza, vodivost roztoků a její měření. Polarografie. Další metody analýzy plynů a roztoků v BMI. Optická absorpce. Spektrofotometrie. Fluorescence a fosforescence. Senzory na měření pH, pO2, pCO2 a SaO2 pracující na bázi optických vláken a absorpce či fluorescence. Pokročilé analytické přístroje. Hmotnostní spektroskopie, jaderná magnetická rezonance, plamenová spektroskopie. Termodynamika reakčních soustav, základní výpočty.

Požadavky:

Podmínky získání zápočtu:

Povinná účast na cvičeních, absence musí být řádně omluvené a nahrazené.

Úspěšné zvládnutí dvou zápočtových písemných prací (v součtu z obou zápočtových testů minimálně 50 % bodů). Absolvování všech laboratorních úloh, napsání vstupních testů k úlohám alespoň na 60% a odevzdání vypracovaných protokolů v řádném termínu. Nahrazovat je možno nejvýše dvě úlohy.

Podrobnější informace v dokumentu „Organizace cvičení z fyzikální chemie“ viz. níže.

Průběh a hodnocení zkoušky:

Zkouška bude mít písemnou a ústní část. Písemná část bude provedena formou testu, ve kterém budou otázky, na něž budou studenti odpovídat. Počet otázek je 5 až 15. Některé otázky mohou mít větší váhu při hodnocení než ostatní, a to například ty, které zahrnují početní úlohu či vyžadují komplexní přístup k řešení. Hodnocení bude odpovídat procentuální úspěšnosti přesně podle platné klasifikační stupnice. V případě, že výsledky písemné části jsou dostačující pro klasifikaci, může být od ústní části zkoušky ustoupeno. Po absolvování ústního zkoušení bude stanovena výsledná známka jako průměr známky z písemného testu a ústního zkoušení. Je-li výsledek kterékoliv části hodnocen stupněm F, je i výsledek zkoušky automaticky F a neuplatňuje se předchozí pravidlo o výpočtu průměru.

Osnova přednášek:

1. Vymezení předmětu. Základní principy fyzikální chemie. Fyzikální a chemické vlastnosti látek.

2. Podstata a chování látkových soustav - plyny. Vlastnosti a struktura, výpočty složení směsí plynů, stavová rovnice a stavové děje.

3. Podstata a chování látkových soustav - kapaliny. Roztoky. Rozpouštění, rozpustnost. Vlastnosti rozpouštědel. Viskozita, povrchové napětí.

4. Disperzní soustavy, koloidy - klasifikace, ultrafiltrace, dialýza, optické vlastnosti.

5. Fázové rovnováhy, vícesložkové soustavy. Chování a vlastnosti par, vypařování, sytá a přehřátá pára. Principy zvlhčovačů a odpařovačů anestetických látek, další aplikace v BMI.

6. Disociace látek. Kyselost a zásaditost roztoků, pH.

7. Elektrolyty. Elektrolýza. Vodivost roztoků a její měření. Polarografie.

8. Elektrochemický potenciál, elektrody. Nernstova rovnice. Elektrody prvního druhu. Elektrochemický poločlánek a článek, koncentrační článek. Aplikace v BMI.

9. Elektrody druhého druhu. Součin rozpustnosti. Referenční a indikační elektrody druhého druhu, elektrody na EKG, EEG, EMG apod.

10. Redoxní potenciál, oxidační síla prostředí. Inertní elektrody. Výpočet redoxního potenciálu. Aplikace v BMI.

11. Membrány - typy, vlastnosti a použití. Osmotický tlak. Iontově selektivní elektrody. Měření pH.

12. Optické vlastnosti látek. Fluorescence a fosforescence. Optická absorpce. Spektrofotometrie. Aplikace v BMI.

13. Senzory na měření pH, pO2, pCO2 a SO2 pracující na bázi optických vláken a absorpce či fluorescence. Aplikace v BMI.

14. Stálost materiálů, koroze. Anodické křivky kovů, pasivace a samopasivace. Oxidační vlastnosti různých prostředí a jejich vliv na rychlost koroze.

Osnova cvičení:

1. Výpočty koncentrací a pH.

2. Výpočty pH.

3. Výpočty elektrodových potenciálů, napětí článků, vodivosti.

4. Výpočty elektrodových potenciálů, napětí článků, vodivosti.

5. Výpočty rozpustnosti, elektrolýzy.

6. Test I

7. Měření elektrodového potenciálu.

8. Měření redoxpotenciálu.

9. Měření pH.

10. Měření vodivosti.

11. Měření iontově selektivní elektrodou.

12. Měření elektrodového potenciálu.

13. Test II

14. Zápočet

Cíle studia:

Cílem předmětu je podat studentům základy fyzikální chemie, které se vyskytují a přímo aplikují při konstrukci lékařských přístrojů, při klinickém výzkumu či přímo v klinické praxi. V předmětu je ukázána přímá aplikace teoretických principů v praxi.

Studijní materiály:

[1] Roubík, K.: Fyzikální chemie pro biomedicínské inženýrství. Skriptum ČVUT. Vydavatelství ČVUT v Praze, Praha, 2007.

[2] Pachl J., Roubík K.: Základy anesteziologie a resuscitační péče dospělých i dětí. Karolinum, Praha, 2003.

[3] Habermann, V.: Lékařská chemie - vybrané úvodní kapitoly. Karolinum, Praha, 2006.

[4] Lázníčková A., Kubíček V.: Základy fyzikální chemie. Karolinum, Praha, 2008.

[5] Malijevská, I., Malijevský, A., Novák, J.: Záhady, klíče a zajímavosti očima fyzikální chemie. Vydavatelství Vysoké školy chemicko-technologické v Praze, Praha, 2004.

[6] Atkins, P., Paula, J.: Atkins' Physical Chemistry. (Eighth Edition). Oxford University Press, Oxford, 2006.

[7] Raff, M. L.: Principles of Physical Chemistry. (Paarts 1 and 2). Prentice Hall, Upper Saddle River, 2001.

[8] Kubíček, V.: Výpočty z fyzikální chemie I. Karolinum, Praha, 2004.

[9] Opekar, F.: Základy analytické chemie. Karolinum, Praha, 2002.

Poznámka:

Rozvrh na zimní semestr 2023/2024:

	06:00–08:0008:00–10:0010:00–12:0012:00–14:0014:00–16:0016:00–18:0018:00–20:0020:00–22:0022:00–24:00
Po
Út
St	místnost KL:A-015 Holík L. Roubík K. 16:00–17:50 (přednášková par. 1) Kladno FBMI Lab. aplik. a fyzik. chemiemístnost KL:A-015 Holík L. 18:00–19:50 LICHÝ TÝDEN (přednášková par. 1 paralelka 1) Kladno FBMI Lab. aplik. a fyzik. chemie místnost KL:A-007 Holík L. 18:00–19:50 SUDÝ TÝDEN (přednášková par. 1) Kladno FBMI Lab. chemie a bioanalyt. metod
Čt
Pá

Rozvrh na letní semestr 2023/2024:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Prospectus - bakalářský (!)
• Bakalářský studijní program Biomedicínská technika v aj (povinný předmět)