Fyzikální chemie

Přednášející:

Cvičící:

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.

Odevzdání protokolů z laboratorních úloh.

Úspěšné zvládnutí zápočtové písemné práce.

(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. (doc. Ing. Karel Roubík, Ph.D.)

2.Podstata a chování látkových soustav - plyny. Vlastnosti a struktura, výpočty složení směsí plynů, stavová rovnice a stavové děje. (doc. Ing. Karel Roubík, Ph.D.)

3.Podstata a chování látkových soustav - kapaliny. Roztoky. Rozpouštění, rozpustnost. Vlastnosti rozpouštědel. Viskozita, povrchové napětí. (doc. Ing. Karel Roubík, Ph.D.)

4.Disperzní soustavy, koloidy - klasifikace, ultrafiltrace, dialýza, optické vlastnosti. (doc. Ing. Karel Roubík, Ph.D.)

5.Fázové rovnováhy, vícesložkové soustavy. Chování a vlastnosti par, vypařování, sytá a přehřátá pára. Principy zvlhčovačů a odpařovačů anestetických látek, další aplikace v BMI. (doc. Ing. Karel Roubík, Ph.D.)

6.Disociace látek. Kyselost a zásaditost roztoků, pH. (Mgr. Iveta Horáčková)

7.Elektrolyty. Elektrolýza. Vodivost roztoků a její měření. Polarografie. (Mgr. Iveta Horáčková)

8.Elektrochemický potenciál, elektrody. Nernstova rovnice. Elektrody prvního druhu. Elektrochemický poločlánek a článek, koncentrační článek. Aplikace v BMI. (Mgr. Iveta Horáčková)

9.Elektrody druhého druhu. Součin rozpustnosti. Referenční a indikační elektrody druhého druhu, elektrody na EKG, EEG, EMG apod. (Mgr. Iveta Horáčková)

10.Redoxní potenciál, oxidační síla prostředí. Inertní elektrody. Výpočet redoxního potenciálu. Aplikace v BMI. (Mgr. Iveta Horáčková)

11.Membrány - typy, vlastnosti a použití. Osmotický tlak. Iontově selektivní elektrody. Měření pH. (Mgr. Iveta Horáčková)

12.Optické vlastnosti látek. Fluorescence a fosforescence. Optická absorpce. Spektrofotometrie. Aplikace v BMI. (Mgr. Iveta Horáčková)

13.Senzory na měření pH, pO2, pCO2 a SO2 pracující na bázi optických vláken a absorpce či fluorescence. Aplikace v BMI. (doc. Ing. Karel Roubík, Ph.D.)

14.Stálost materiálů, koroze. Anodické křivky kovů, pasivace a samopasivace. Oxidační vlastnosti různých prostředí a jejich vliv na rychlost koroze. (doc. Ing. Karel Roubík, Ph.D.)

Osnova cvičení:

1.Chemická laboratoř - vybavení, přístroje, správné použití. Bezpečnost práce.

2.Výpočty koncentrací a pH.

3.Výpočty elektrodových potenciálů, napětí článků, vodivosti.

4.Měření viskozity kapaliny.

5.Stanovení povrchového napětí.

6.Měření pH: Stanovení disociační konstanty potenciometricky.

7.Měření pH, příprava pufrů: Stanovení pufrační kapacity. Stanovení koncentrace kyseliny octové v octě.

8.Dobře definované potenciály. Měření elektrod prvního a druhého druhu.

9.Špatně definované potenciály. Měření redoxpotenciálu.

10.Měření vodivosti: Stanovení disociační konstanty z vodivostních měření.

11.Experimenty s fluorescencí a fosforescencí.

12.Optické analytické metody, spektrofotometrická měření vzorků.

13.Demonstrace dialýzy, ověření funkce dialyzační membrány.

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] Silbernagl, S., Despopoulos, A.: Atlas fyziologie člověka. 6. vydání. Grada Publishing, a.s., Praha, 2004.

[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.

Poznámka:

Další informace:

Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Bakalářský studijní obor Biomedicínský technik - prezenční v angličtině (povinný předmět)