Fyzikální chemie

Vztahy:

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

Úspěšné absolvování předmětu F7ABBFCH je podmínkou pro zápis na předmět F7ABBPTI.

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 2024/2025:

	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 2024/2025:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

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