PředmětyPředměty(verze: 978)
Předmět, akademický rok 2025/2026
   
Fyzikální farmacie II - GF427
Anglický název: Physical Pharmacy II
Zajišťuje: Katedra biofyziky a fyzikální chemie (16-16110)
Fakulta: Farmaceutická fakulta v Hradci Králové
Platnost: od 2025 do 2025
Semestr: letní
Body: 0
E-Kredity: 5
Způsob provedení zkoušky: letní s.:písemná
Rozsah, examinace: letní s.:28/28, Z+Zk [HS]
Počet míst: neomezen / 384 (neurčen)
Minimální obsazenost: neomezen
4EU+: ne
Virtuální mobilita / počet míst pro virtuální mobilitu: ne
Kompetence:  
Stav předmětu: vyučován
Jazyk výuky: čeština
Způsob výuky: prezenční
Úroveň:  
Garant: doc. Mgr. Petra Pullmannová, Ph.D.
Korekvizity : GF408, GF425
Neslučitelnost : GF199
Záměnnost : GF199
Rozvrh LS   
Anotace -
Fyzikální farmacie je interdisciplinární předmět využívající poznatků fyziky, chemie, elektrochemie a kvantové mechaniky pro popis vlastností sloučenin na molekulární úrovni. Tento předmět navazuje na předmět Fyzikální farmacie I. Poskytuje studentům potřebné teoretické a praktické laboratorní základy v oboru a znalosti principů fyzikálně-chemických měřících metodik. Jedná se o přípravný předmět, který má za cíl připravit studenty pro výuku navazujících disciplín obecně přírodovědného základu i disciplín čistě farmaceutických. Témata: Interakce elektromagnetického záření s hmotou, Spektroskopie - principy, Iontové rovnováhy, Jevy na fázovém rozhraní, Elektrochemie a elektrochemické metody, Disperzní soustavy a polymery, Chemická kinetika, Nerovnovážné systémy, Biologické membrány a transport látek přes membránu, Principy smyslového vnímání.
Poslední úprava: GF427\5056461 (12.09.2025)
Podmínky zakončení předmětu -

Udělení zápočtu je podmíněno splněním následujících podmínek:

  1. Absolvování všech úloh v praktických cvičeních, které posluchači přísluší podle rozvrhu. Úlohy zameškané z jakéhokoli důvodu je třeba nahradit ve zvlášť určených termínech.
  2. Úspěšné odevzdání protokolů z absolvovaných úloh.
  3. Úspěšné absolvování zápočtového testu. Zápočtový test sestává ze dvou výpočtových příkladů. Pro úspěšné absolvování testu je potřeba získat minimálně 40% bodů.

Zkouška z Fyzikální farmacie II je písemná. Na úspěšné absolvování zkoušky je potřeba získat alespoň 60% bodů z písemného testu. 

Poslední úprava: GF427\5056461 (12.09.2025)
Literatura

Povinná:

  • Vacík, J. Obecná chemie. : Přírodovědecká fakulta Univerzity Karlovy, 2017, s. ISBN 978-80-7444-050-2.

Poslední úprava: Pullmannová Petra, doc. Mgr., Ph.D. (12.09.2025)
Sylabus -

Interakce elektromagnetického záření s hmotou

1. Elektromagnetické záření: elektromagnetická vlna, elektromagnetické spektrum, vlastnosti elektromagnetického záření.

2. Rychlost šíření elektromagnetického záření, světelný paprsek.

3. Huygensův princip.

4. Odraz světla.

5. Lom světla, Abbého refraktometr.

6. Ohyb světla, disperze světla.

7. Youngův experiment.

8. Difrakce elektromagnetického záření. Braggův zákon. Princip rentgenové difrakce.

9. Geometrická (paprsková) optika; zrcadla, čočky.

10. Polarizované světlo, kruhový polarimetr.

11. Kvantová optika, energie fotonu.

12. Fotoelektrický jev.

 

Spektroskopie - principy

1. Spektroskopie. Spektrum.

2. Lambert-Beerův zákon, absorbance, transmitance.

3. Atomová spektroskopie: interpretace pomocí Bohrova modelu atomu, absorpční spektra, emisní spektra.

4. Úvod do molekulové spektroskopie: elektronové, vibrační a rotační energetické hladiny. Oblasti elektromagnetického spektra a spektroskopické techniky, které je využívají.

5. UV-VIS spektroskopie: molekulové orbitaly, diagram molekulových orbitalů v molekule vodíku, elektronové přechody, vlivy substituentů, konjungace a rozpouštědla, komplementární barvy.

6. Úvod do vibrační spektroskopie: potenciál a energetické hladiny harmonického a anharmonického oscilátoru.

7. Infračervená spektroskopie (IČ): výběrové pravidlo pro infračervené přechody, normální mody víceatomových molekul, oblast charakteristických vibrací a oblast otisku palce v infračerveném spektru.

8. Ramanova spektroskopie: výběrové pravidlo pro Ramanovy přechody, Stokesův a anti-Stokesův posun.

9. Luminiscenční spektroskopie: fluorescence, fosforescence, Jablonskiho diagram, multiplicita stavu.

10. NMR spektroskopie v kontextu ostatních spektroskopických metod - čím se NMR liší?

 

Iontové rovnováhy I a II

1. Aktivita, aktivitní koeficient, iontová síla roztoků, Debye-Hűckelova teorie. Vztahy pro výpočet aktivitních koeficientů.

2. Charakteristika elektrolytů, stupeň disociace, Arrheniova teorie. Arrheniův vztah pro stupeň disociace.

3. Vodivost elektrolytů, její koncentrační závislost, Kohlrauschův zákon o nezávislém putování iontů. Pohyblivost iontů v elektrickém poli.

4. Měření vodivosti, využití vodivostních měření.

5. Součin rozpustnosti, rozpustnost sraženin.

6. Autoprotolýza vody, pH, teorie kyselin a zásad (Arrhenius, Bronsted-Lowry, Lewis). 

7. Disociace slabých kyselin a zásad, výpočet jejich pH, Ostwaldův zřeďovací zákon.

8. Hydrolýza solí, hydrolytická konstanta, výpočet pH solí.

9. Pufry, mechanismus působení, Hendersonovy - Hasselbalchovy rovnice.

10. Amfoterní elektrolyty, isoelektrický bod.

11. Acidobazické indikátory.

 

Jevy na fázovém rozhraní

1. Pevná a kapalná fázová rozhraní.

2. Povrchové napětí.

3. Povrchové vlastnosti pevné fáze.

4. Adsorpce/desorpce látek na mezifází, chemisorpce, fyzikální adsorpce.

5. Adsorpční izoterma lineární, Freundlichova, Langmuirova.

6. Povrchově aktivní látky, systém hydrofilně-lipofilní.

7. Jevy na fázovém rozhraní částic, vliv elektrolytů, principy chromatografických metod.

8. Pozitivní a negativní adsorpce na povrchu kapaliny.

9. Mezifázové napětí.

10. Napětí působící v místě styku tří fází.

11. Kontaktní úhel.

12. Rozprostírací koeficient.

 

Elektrochemie I a II

1. Metody založené na elektrodovém ději: elektrolýza, Faradayovy zákony, využití v laboratoři.

2. Vznik elektrodového potenciálu. Nernstova rovnice. Tabelace elektrodových potenciálů.

3. Galvanické články a měření elektromotorického napětí (EMN). Vztah mezi EMN° a Gibbsovou energií, samovolné chemické reakce. Příklady galvanických článků.

4. Metody založené na elektrodovém ději: potenciometrie a její využití.

5. Typy elektrod, Donnanův potenciál. 

6. Látkový tok, difúze (Fickův zákon), uplatnění při voltametrii.

7. Další transportní děje v roztocích (migrace v elektrickém poli, konvektivní pohyb), Nernstova - Planckova rovnice.

 

Disperzní soustavy, polymery

1. Rozdělení disperzních soustav podle počtu fází, podle skupenství, podle velikosti částic, podle způsobu interakce (lyofilní, lyofobní a asociační).

2. Charakterizace disperzních soustav.

3. Typy částic tvořících disperze.

4. Vlastnosti disperzí (optické, kinetické, sedimentační, osmotické, viskozitní, elektrické a elektrokinetické).

5. Metody charakterizace disperzí (mikroskopie, interakce s elektromagnetickým vlněním).

6. Rychlost sedimentace částic v gravitačním a odstředivém poli.

7. Micely, kritická micelární koncentrace.

8. Typy micel.

9. Nernstův potenciál, zeta potenciál.

10. Separační techniky disperzí (filtrace, dialýza, rozměrově-vylučovací chromatografie).

11. Definice pojmů: monomer, polymer, oligomer, homopolymer, kopolymer a typy kopolymerů.

12. Struktura a tvar polymerů a kopolymerů.

13. Krystalický a amorfní stav polymerů a kopolymerů.

14. Fyzikální vlastnosti polymerů a kopolymerů.

15. Termotropní chování, tání a skelný přechod.

16. Rozpustnost polymerů a kopolymerů.

 

Chemická kinetika

1. Průměrná a okamžitá rychlost chemické reakce, jednotky rychlosti, rychlostní konstanta a její jednotky, dílčí a celkový řád reakce.

2. Reakce 0. řádu: diferenciální a integrovaný tvar rychlostní rovnice, graf závislosti okamžité koncentrace a rychlosti na čase, grafické stanovení rychlostní konstanty, výpočet a grafické stanovení poločasu reakce.

3. Reakce 1. řádu: diferenciální a integrovaný tvar rychlostní rovnice, graf závislosti okamžité koncentrace, okamžité rychlosti a logaritmu okamžité koncentrace na čase, grafické stanovení rychlostní konstanty, výpočet a grafické stanovení poločasu reakce.  

4. Reakce 2. řádu: diferenciální a integrovaný tvar rychlostní rovnice, graf závislosti okamžité koncentrace, okamžité rychlosti a převrácené hodnoty okamžité koncentrace na čase, grafické stanovení rychlostní konstanty, výpočet a grafické stanovení poločasu reakce.

5. Závislost reakční rychlosti na teplotě, Arrheniova rovnice pro rychlostní konstantu: exponenciální a linearizovaný tvar, aktivační energie, reakční koordináta, rychlost určující krok.

6. Kineticky a termodynamicky řízené reakce.

 

Nerovnovážné systémy

1. Nerovnovážný, stacionární a rovnovážný systém.

2. Proud veličiny, tok veličiny, gradient veličiny.

3. Transportní děje.

4. Křížové efekty v systémech, kde existuje více než jeden gradient.

5. Difúze v kapalném prostředí.

6. 1. Fickův zákon.

7. Stokesova-Einsteinova rovnice.

8. 2. Fickův zákon.

9. Faktory ovlivňující rychlost difůze.

10. Difúze v jiném než kapalném prostředí.

11. Rozpouštění tuhé látky. Solvatace.

12. Termodynamicky nestabilní systémy.

 

Biologické membrány a transport látek přes membránu

1. Membrány – struktura, funkce.

2. Lipidová dvojvrstva.

3. Lipidy v biologických membránách.

4. Lipozomy.

5. Peroxidace lipidů.

6. Bílkoviny v biologických membránách.

7. Aktivní a pasivní transport látek přes membránu.

8. Difúze prostá, přes membránu, difúze nabitých částic.

9. Rozdělovací koeficient.

10. Osmóza.

11. Donnanova rovnováha.

12. Aktivní a vezikulární transport.

13. Sekundární aktivní transport.

14. Systém kompartmentů.

 

Principy smyslového vnímání

1. Smyslové vnímání, obecná stavba receprotu, smysly.

2. Weberův-Fechnerův zákon a Stevensův zákon.

3. Zrak. Oční světlolomný aparát, akomodace, zraková ostrost.

4. Trichromatická teorie vidění.

5. Molekulární mechanismus vidění, fotochemická reakce.

6. Oční vady.

7. Zvuk, slyšení, teorie slyšení.

8. Akustická impedance.

9. Struktura vnějšího, středního a vnitřního ucha.

10. Cortiho orgán.

11. Vady sluchu.

Laboratorní cvičení

  1. Určení rozdělovacího koeficientu látky.

  2. Stanovení disociační konstanty slabé kyseliny potenciometricky.

  3. Stanovení disociační konstanty slabé kyseliny nebo báze konduktometricky.

  4. Spektrofotometrie: stanovení molárního absorpčního koeficientu.

  5. Optiké měřící metody: refraktometrie a polarimetrie.

 

Poslední úprava: GF427\5056461 (12.09.2025)
Studijní opory

https://intranet.faf.cuni.cz/Studijni-materialy/KBFCH/?path=fyzik%c3%a1ln%c3%ad+chemie

E-learning Moodle: Fyzikální chemie

https://dl1.cuni.cz/course/view.php?id=3610

Vacík, J. Obecná chemie; Přírodovědecká fakulta Univerzity Karlovy, 2017.

Poslední úprava: GF427\5056461 (12.09.2025)
Výsledky učení -

   

Předmět Fyzikální farmacie II navazuje na znalosti a dovednosti získané v předmětech: Matematika, Obecná a bioanorganická chemie a Fyzikální farmacie I.

Studující po absolvování předmětu rozumí následujícím termínům a umí je použít ve správném kontextu: elektromagnetické záření, vlnová délka, frekvence, energie fotonu, Snellův zákon, refraktometrie, geometrická (paprsková optika), disperze a difrakce záření, polarizované světlo, polarimetrie, absorpce, Lambertův-Beerův zákon, UV-VIS spektroskopie, atomová, infračervená, Ramanova a luminiscenční spektroskopie, povrchové napětí, fázové rozhraní, adsorpce, desorpce, povrchově aktivní látka, mezifázové napětí, kontaktní úhel, rozprostírací koeficient, stupeň disociace elektrolytu, vodivost (specifická, molární, limitní molární), konduktometrie, Arrheniův vztah pro vodivost slabých elektrolytů, Kohlrauschova rovnice, aktivita, Ostwaldův zřeďovací zákon, Debyeův-Hückelův limitní vztah, iontová síla, autoprotolýza vody, disociace slabých kyselin a zásad, disociační konstanta, pH, acidobazický indikátor, součin rozpustnosti, Hendersonova-Hasselbachova rovnice, tlumivý roztok, hydrolýza solí, amfolyt, amfiont, izoelektrický bod, rychlost reakce, řád reakce, kinetika 0., 1. a 2. řádu, rychlostní konstanta reakce, Arrheniova rovnice pro rychlostní konstantu, aktivační energie, proud, tok, a gradient veličiny, difúze, 1. a 2. Fickův zákon, rychlost rozpouštění, termodynamická nestabilita, elektrodový děj, elektrodový potenciál, Nernstova rovnice, standardní vodíková elektroda, standardní redukční potenciál, samovolné oxidačně-redukční reakce, galvanický článek, potenciometrie, elektroda, membránová elektroda, Donnanův potenciál, látkový tok k elektrodě, Nernstova - Planckova rovnice, elektrická dvojvrstva, disperzní systém, specifický povrch, micela, kritická micelární koncentrace, zeta potenciál, rychlost sedimentace, polymer, kopolymer, krystalický a amorfní stav, skelný přechod, buněčná membrána, lipidová dvojvrstva, lipozom, peroxidace lipidů, pasivní a aktivní transport, rozdělovací koeficient, osmóza, exocytóza, endocytóza, kompartment, receptor, smyslové orgány, světlolomný aparát oka, akomodační šíře, zraková ostrost, trichromatická teorie vidění, fotochemická reakce rodopsinu, krátkozrakost, dalekozrakost, astigmatizmus, zvuk, příčné a podélné vlnění, intenzita zvuku, hladina intenzity zvuku, akustická vlna, akustická impedance, struktura ucha, Cortiho orgán, teorie slyšení, vady sluchu.

 

Výsledky učení:

Studující na základě získaných znalostí a dovedností:

Ø  definují základní pojmy ve fyzikální farmacii;

Ø  vysvětlí principy základních fyzikálně-chemických měřících metod;

Ø  orientují se ve fungování komplexních systémů a jevů;

Ø  vypočítají a připraví roztok o zadané koncentraci;

Ø  provedou podle návodu měření refraktometrické, polarimetrické, pomocí UV-VIS spektrofotometru, konduktometrické, potenciometrické (měření pH), stanoví Nernstův rozdělovací koeficient;

Ø  vypočítají v příkladech po zadání hodnot potřebných veličin koncentraci látky, molární absorpční koeficient; molární vodivost, disociační stupeň, disociační konstantu, pH pomocí Hendersonovy-Hasselbachovy rovnice, Nernstův rozdělovací koeficient;

Ø  vyhodnotí, graficky znázorní a interpretují experimentální data získaná pomocí výše popsaných metod;

Ø  navrhnou vhodnou metodu pro stanovení indexu lomu, měrné optické otáčivosti, koncentrace látky, vodivosti roztoku, disociační konstanty, pH roztoku a rozdělovacího koeficientu látky.

Poslední úprava: GF427\5056461 (12.09.2025)
 
Univerzita Karlova | Informační systém UK