Sylabus - Chemia fizyczna 1. Metryczka Nazwa Wydziału: Wydział Farmaceutyczny z Oddziałem Medycyny Laboratoryjnej Program kształcenia: Farmacja, jednolite studia magisterskie, profil ogólnoakademicki, studia stacjonarne i niestacjonarne Rok akademicki: 2016/2017 Nazwa modułu/przedmiotu: Chemia fizyczna Kod przedmiotu: 29496 Jednostka prowadząca kształcenie: Kierownik jednostki: Rok studiów: Semestr studiów: Typ modułu/przedmiotu: Osoby prowadzące: Erasmus TAK/NIE: Osoba odpowiedzialna za sylabus: Zakład Chemii Fizycznej Prof. dr hab. n. farm. Iwona Wawer II zimowy podstawowy Prof. dr hab. n. farm. Iwona Wawer, dr n. chem. Tomasz Gubica, mgr farm. Jakub Harwacki, dr n. farm. Katarzyna Paradowska, dr n. farm. Dariusz Maciej Pisklak, mgr farm. Joanna Sajkowska-Kozielewicz, mgr farm. Paweł Siudem dr n. farm. Łukasz Szeleszczuk, dr n. chem. Katarzyna Zawada, dr n. farm. Agnieszka Zielińska. NIE Dr n. chem. Katarzyna Zawada Liczba punktów ECTS: 7 2. Cele kształcenia Strona 1 z 9
1. Umiejętne posługiwanie się pojęciami z zakresu podstawowych działów chemii fizycznej oraz wyjaśnianie podstaw wielu zjawisk i procesów zachodzących w przyrodzie. 2. Samodzielne posługiwanie się metodami pomiarowymi do wyznaczania wielkości fizykochemicznych (np. stałej równowagi reakcji, lepkości, stałej szybkości reakcji, stopnia dysocjacji, skręcalności właściwej). 3. Przedstawianie wyników badań eksperymentalnych i wyciąganie wniosków dotyczących wielkości i praw fizykochemicznych na postawie przeprowadzonych eksperymentów. 4. Samodzielne rozwiązywanie podstawowych problemów rachunkowych z chemii fizycznej w zakresie: przemian gazowych, termodynamiki (w tym termochemii), równowag fazowych, równowag chemicznych i kinetyki chemicznej. 3. Wymagania wstępne Zaliczone następujące przedmioty: (a) matematyka; (b) statystyka; (c) biofizyka i (d) chemia ogólna i nieorganiczna. 4. Przedmiotowe efekty kształcenia Lista efektów kształcenia Symbol przedmiotowego efektu kształcenia W1 Treść przedmiotowego efektu kształcenia Zna mechanizmy tworzenia i rodzaje wiązań chemicznych (w zakresie chemii teoretycznej) oraz mechanizmy oddziaływań międzycząsteczkowych w różnych stanach skupienia materii (w zakresie równowag fazowych, zjawisk powierzchniowych). Odniesienie do efektu kierunkowego (numer) B.W6 W2 Zna rodzaje i właściwości roztworów. B.W7 W3 Definiuje i objaśnia procesy utleniania i redukcji. B.W8 W4 Zna klasyfikację instrumentalnych technik analitycznych, objaśnia podstawy teoretyczne i metodyczne technik spektroskopowych, elektrochemicznych, chromatograficznych i spektroskopii mas oraz tłumaczy zasady funkcjonowania aparatów stosowanych w tych technikach ze szczególnym uwzględnieniem spektroskopii molekularnej (NMR, EPR, IR, R, UV-vis). B.W13 W5 Zna podstawy mechaniki kwantowej, termodynamiki (z uwzględnieniem statyki chemicznej) i kinetyki chemicznej poparte aparatem matematycznym. B.W15 Strona 2 z 9
W6 Zna mechanizmy katalizy, fizykochemię układów wielofazowych i zjawisk powierzchniowych oraz podstawy elektrochemii poparte aparatem matematycznym. B.W16 W7 Zna metody testowania hipotez statystycznych oraz znaczenie korelacji i regresji; za pomocą korelacji i regresji potrafi określić charakter zależności pomiędzy wyznaczanymi wielkościami fizykochemicznymi. B.W25 W8 Zna podstawy technik informatycznych oraz zasady pracy z edytorami tekstu, arkuszami kalkulacyjnymi i programami graficznymi do obróbki danych eksperymentalnych i danych z obliczeń teoretycznych. B.W26 W9 Tworzy bazy danych oraz korzysta z internetowych baz danych. B.W27 U1 Mierzy lub wyznacza wielkości fizykochemiczne oraz opisuje i analizuje właściwości i procesy fizykochemiczne stanowiące podstawę farmakokinetyki. B.U9 U2 Dokonuje opisu matematycznego procesów zachodzących w przyrodzie w zakresie chemii fizycznej. B.U11 U3 Wykorzystuje metody i modele matematyczne w opracowaniu i interpretacji wyników analiz i pomiarów. B.U12 U4 Wykorzystuje metody matematyczne w opracowaniu i interpretacji wyników analiz i pomiarów w zakresie chemii fizycznej. B.U13 U5 Obsługuje komputer w zakresie edycji tekstu, grafiki, analizy statystycznej, gromadzenia i wyszukiwania danych oraz przygotowania prezentacji w zakresie chemii fizycznej. B.U15 U6 Wykorzystuje technologie informacyjne do wyszukiwania potrzebnych informacji oraz do samodzielnego i twórczego rozwiązywania problemów w zakresie chemii fizycznej. B.U17 K1 Posiada nawyk korzystania z technologii informacyjnych do wyszukiwania i selekcjonowania informacji w zakresie chemii fizycznej. B.K1 K2 Wyciąga i formułuje wnioski z własnych pomiarów i B.K2 Strona 3 z 9
obserwacji w zakresie chemii fizycznej. K3 Posiada umiejętność pracy zespołowej podczas pracy w laboratorium. B.K3 5. Formy prowadzonych zajęć Forma Liczba godzin Liczba grup Minimalna liczba osób w grupie Wykład 30 1,00 1 Seminarium 15 8,10 20 Ćwiczenia 60 32,40 5 6. Tematy zajęć i treści kształcenia W1-Wykład 1- Układ, równanie stanu, I zasada termodynamiki, definicja energii wewnętrznej i entalpii. Termochemia: ciepło molowe, ciepło reakcji, prawa Kirchoffa i Hessa - W1, W5. W2-Wykład 2- II zasada termodynamiki, definicja entropii. Zmiana entropii i entalpii w procesie odwracalnym i nieodwracalnym. Energia swobodna i entalpia swobodna, związki między funkcjami U, H, G, F i S, kryteria samorzutności procesów - W5. W3-Wykład 3- Termodynamika procesów nieodwracalnych (termodynamika równowagowa, nierównowagowa: liniowa i nieliniowa; struktury dyssypatywne, kryteria samoorganizacji a powstanie życia) - W5. W4-Wykład 4- Powinowactwo chemiczne, równanie Gibbsa-Helmholtza. Potencjał chemiczny, reguła faz, równanie Clausiusa-Clapeyrona, ciepła przemiany fazowej, diagramy fazowe - W1, W6. W5-Wykład 5- Statyka. Stałe równowagi, prawo działania mas, metody wyznaczania stałej równowagi. Reguła przekory. Izobara oraz izochora van't Hoffa. Równowagi Donnana - W1, W5 W6-Wykład 6- Chwilowa i średnia szybkość reakcji chemicznej. Równania reakcji I, II, III oraz ułamkowego i zerowego rzędu. Stale szybkości. Czasy połówkowe. Metody wyznaczania rzędu reakcji i stałych szybkości. Reakcje równolegle i następcze. Reakcje odwracalne - W5. W7-Wykład 7- Wpływ temperatury na szybkość reakcji. Równanie Arrheniusa. Teoria zderzeń aktywnych i kompleksu aktywnego. Energia aktywacji i metody jej wyznaczania. Reakcje z udziałem katalizatorów. Kataliza: dodatnia i ujemna, homogeniczna, heterofazowa, autokataliza. Kinetyka reakcji enzymatycznych, równanie Michaelisa-Menten - W1, W5, W6. W8-Wykład 8- Prawo Daltona, prawo Henry'ego. Roztwór cieczy w cieczy o nieograniczonej rozpuszczalności. Prawa Raoulta, homozeotropia dodatnia i ujemna. Układy ciekłe z ograniczoną mieszalnością. Wpływ temperatury na mieszalność. Heterozeotropia dodatnia i ujemna. Ciecze niemieszające się - W1, W2, W6. W9-Wykład 9- Roztwory ciał stałych w cieczach. Obniżenie prężności pary nad roztworem. Podwyższenie Strona 4 z 9
temperatury wrzenia, obniżenie temperatury krzepnięcia. Dwuskładnikowe układy z ograniczoną mieszalnością i całkowitą niemieszalnością. Układy trójskładnikowe ciekłe, trójkąt Gibbsa. Prawo podziału Nernsta - W1, W2, W6. W10-Wykład 10- Elektrochemia. Oddziaływanie jon-rozpuszczalnik, jon-jon, dyfuzja, ruchliwość jonów, przewodnictwo w roztworach, podwójna warstwa elektryczna, rodzaje półogniw, ogniwa, siła elektromotoryczna i jej pomiar, elektroliza, zjawiska elektrokinetyczne (elektroforeza, elektroosmoza)- W1, W2, W3, W4. W11-Wykład 11- Zjawiska na granicy faz. Lepkość, napięcie powierzchniowe, adsorpcja fizyczna i chemiczna. Rodzaje koloidów, własności optyczne, kinetyczne i elektryczne koloidów, koagulacja. Układy dyspersyjne: emulsje, żele, zawiesiny, mikrocząstki, liposomy - W1, W2, W6. W12-Wykład 12- Spektroskopia molekularna. Polaryzowalność i momenty dipolowe molekuł, rotacje i oscylacje. Widma absorpcyjne w podczerwieni i widma Ramana. Widma elektronowe, absorpcyjne UV-vis. Luminescencja, fluorescencja, fosforescencja. Fotochemia: Prawo Grotthusa-Drapera. Wydajność kwantowa reakcji fotochemicznej. Przykłady reakcji fotochemicznych - W4. W13-Wykład 13- Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego. Przesunięcie chemiczne i stała sprzężenia spinowo-spinowego. Widma 1 H, 13 C, 15 N, 31 P NMR, identyfikacja związków biologicznie czynnych i leków. NMR in vivo, tomografia magnetyczno-rezonansowa - W4. W14-Wykład 14- Spektroskopia elektronowego rezonansu paramagnetycznego. Współczynnik rozszczepienia spektroskopowego i stała sprzężenia spinowo-spinowego. Widma EPR prostych rodników organicznych, rodniki tlenowe i ich rola. Wolne rodniki w organizmach, atmosferze oraz w materiałach medycznych i żywności sterylizowanej radiacyjnie. Znaczniki spinowe, pułapki spinowe - W4. W15-Wykład 15- Modelowanie molekularne. Budowa przestrzenna molekuł: długości wiązań, kąty walencyjne, kąty torsyjne. Oddziaływania wewnątrz- i międzymolekularne. Konfiguracja, konformacja. Kryteria optymalizacji geometrii. Podstawy mechaniki molekularnej. Zastosowanie metod komputerowych w projektowaniu leków - W5. S1-Seminarium 1- Pierwsza zasada termodynamiki - W5, U1, U2. S2-Seminarium 2- Termochemia - W5, U1, U2. S3-Seminarium 3- Adiabatyczne przemiany gazu doskonałego - W5, U1, U2. S4-Seminarium 4- Druga zasada termodynamiki - W5, U1, U2. S5-Seminarium 5- Inne funkcje termodynamiczne - W5, U1, U2. S6-Seminarium 6- Inne funkcje termodynamiczne c.d. - W5, U1, U2. S7-Seminarium 7- Roztwory i równowagi fazowe - W1, W2, W6, U1, U2. S8-Seminarium 8- Równowagi chemiczne - W5, U1, U2. Strona 5 z 9
S9-Seminarium 9- Kinetyka chemiczna - W5, W6, U1, U2. C1-Ćwiczenie 1- Badanie równowagi reakcji metodą spektrofotometryczną - W1, W2, W4, W7, W8, U1, U2, U3, U4, U5, K2, K3. C2-Ćwiczenie 2- Wyznaczanie współczynnika podziału kwasu organicznego - W1, W2, W6, W7, W8, U1, U2, U3, U4, U5, K2, K3. C3-Ćwiczenie 3- Badanie równowagi ciecz-para w układzie dwuskładnikowym - W1, W2, W6, U1, U2, U3, U4, U5, K2, K3. C4-Ćwiczenie 4- Wyznaczenie krzywej binoidalnej w układzie trójskładnikowym - W1, W6, U1, U2, U3, U4, U5, K2, K3 C5-Ćwiczenie 5- Wyznaczenie wartości funkcji termodynamicznych reakcji elektrodowej. Wyznaczanie wartości stopnia dysocjacji kwasu metodą potencjometryczną - W2, W3, W4, W5, W7, W8, U1, U2, U3, U4, U5, K2, K3. C6-Ćwiczenie 6- Wyznaczanie stałej dysocjacji słabego kwasu metodą konduktometryczną - W2, W4, W8, U1, U2, U3, U4, U5, K2, K3. C7-Ćwiczenie 7- Wyznaczanie molowego ciepła rozpuszczania kwasu w wodzie - W1, W2, W5, W8, U1, U2, U3, U4, U5, U6, K2, K3. C8-Ćwiczenie 8- Kinetyka reakcji pierwszego rzędu: badanie kinetyki reakcji rozkładu nadtlenku wodoru w roztworach wodnych katalizowanych jonami Fe 3+ - W2, W3, W5, W6, W7, W8, U1, U2, U3, U4, U5, K2, K3. C9-Ćwiczenie 9- Kinetyka reakcji odwracalnych. Pomiar polarymetryczny kinetyki mutarotacji D-glukozy - W2, W4, W5, W8, U1, U2, U3, U4, U5, K2, K3. C10-Ćwiczenie 10- Wyznaczanie izotermy adsorpcji w układzie węgiel aktywny-wodny roztwór kwasu - W1, W2, W6, W7, W8, U1, U2, U3, U4, U5, K2, K3. C11-Ćwiczenie 11- Wyznaczanie izotermy adsorpcji Gibbsa metodą pomiaru napięcia powierzchniowego - W2, W6, W8, U1, U2, U3, U4, U5, K2, K3. C12-Ćwiczenie 12- Wyznaczanie punktu izoelektrycznego wodnego roztworu koloidu metodą pomiaru lepkości - W2, W4, W7, U1, U2, U3, U4, U5, K2, K3. C13-Ćwiczenie 13- Interpretacja widm 1D i 2D 1 H i 13 C NMR wysokiej rozdzielczości - W2, W4, W9, U1, U2, U3, U4, U5, U6, K1, K2, K3. C14-Ćwiczenie 14- Teoretyczny opis cząsteczek, obliczenia wybranych właściwości fizykochemicznych, w tym parametrów geometrycznych i energetycznych - W2, W5, W8, W9, U1, U2, U3, U4, U5, U6, K1, K2, K3. 7. Sposoby weryfikacji efektów kształcenia Symbol przedmiotowego efektu kształcenia Symbole form prowadzonych zajęć Sposoby weryfikacji efektu kształcenia Kryterium zaliczenia Strona 6 z 9
Kryterium zaliczenia egzaminu podane jest poniżej w pkt. 8. Kryteria oceniania. W1, W2, W3, W5, W6, W, S, C Egzamin, kolokwium, kartkówka, raport z ćwiczeń Kryterium zaliczenia kolokwiów jest uzyskanie łącznie (z 3 kolokwiów) minimum 52 punktów z 95 Kryterium zaliczenia kartkówki jest uzyskanie minimum 2 punktów z 5 Kryterium zaliczenia egzaminu podane jest poniżej w pkt. 8. Kryteria oceniania. W4 W, C Egzamin, kartkówka, raport z ćwiczeń W7, W8, W9 C Raport z ćwiczeń Kryterium zaliczenia kartkówki jest uzyskanie minimum 2 punktów z 5 Kryterium zaliczenia kolokwiów jest uzyskanie łącznie (z 3 kolokwiów) minimum 52 punktów z 95 U1, U2 S, C U3, U4, U5, U6, K1, K2, K3 C 8. Kryteria oceniania Kolokwium, kartkówka, raport z ćwiczeń Raport z ćwiczeń Kryterium zaliczenia kartkówki jest uzyskanie minimum 2 punktów z 5 Forma zaliczenia przedmiotu: Egzamin z pytaniami testowymi i otwartymi. Student dopuszczony jest do egzaminu po otrzymaniu zaliczenia seminariów i ćwiczeń. ocena 2,0 (ndst) kryteria Ocenę negatywną wystawia się w przypadku niezaliczenia egzaminu (poniżej 60% sumy punktów). Strona 7 z 9
3,0 (dost) Student uzyskuje ocenę pozytywną w przypadku uzyskania co najmniej 60% sumy punktów z egzaminu. Ocena końcowa wystawiana jest na podstawie średniej ważonej ocen uzyskanych z egzaminu (50%) oraz seminariów i ćwiczeń (po 25%). 9. Literatura 3,5 (ddb) 4,0 (db) 4,5 (pdb) 5,0 (bdb) Literatura obowiązkowa: 1. T.W. Hermann (red.), Chemia fizyczna, Wydawnictwo Lekarskie PZWL 2007. 2. T. Gubica (red.), Ćwiczenia laboratoryjne z chemii fizycznej, Skrypt dla studentów Farmacji i Analityki Medycznej, Oficyna Wydawnicza WUM 2015. 3. S. Warycha, K. Zawada, Ćwiczenia rachunkowe z chemii fizycznej, Skrypt dla studentów Farmacji, Oficyna Wydawnicza WUM 2011. Literatura uzupełniająca: 1. P.W. Atkins, Chemia fizyczna, Wydawnictwo Naukowe PWN 2003. 2. P.W. Atkins, Podstawy chemii fizycznej, Wydawnictwo Naukowe PWN 2009. 3. K. Pigoń, Z. Ruziewicz, Chemia fizyczna, Wydawnictwo Naukowe PWN 2009. 4. L. Komorowski, A. Olszowski (red.), Chemia fizyczna. Laboratorium fizykochemiczne, Wydawnictwo Naukowe PWN 2013. 5. R.M. Silverstein, F.X. Webster, D.J. Kiemle, Spektroskopowe metody identyfikacji związków organicznych, Wydawnictwo Naukowe PWN 2012. 6. Z. Kęcki, Podstawy spektroskopii molekularnej, Wydawnictwo Naukowe PWN 1992. 10. Kalkulacja punktów ECTS Forma aktywności Liczba godzin Liczba punktów ECTS Godziny kontaktowe z nauczycielem akademickim: Wykład 30 1,00 Seminarium 15 0,50 Ćwiczenia 60 2,00 Samodzielna praca studenta (przykładowe formy pracy): Przygotowanie studenta do zajęć 55 1,83 Przygotowanie studenta do zaliczeń 50 1,67 Strona 8 z 9
11. Informacje dodatkowe Razem 210 7 Dane kontaktowe osoby odpowiedzialnej za dydaktykę: Dr n. chem. Katarzyna Zawada e-mail: katarzyna.zawada@wum.edu.pl tel. 22 57 20 950 Dane kontaktowe Kierownika Koła Naukowego Free radical przy Zakładzie Chemii Fizycznej: Dr n. farm. Katarzyna Paradowska e-mail: katarzyna.paradowska@wum.edu.pl tel. 22 57 20 950 Zajęcia odbywają się w laboratorium Zakładu Chemii Fizycznej (dot. ćwiczeń) oraz w salach seminaryjnych Wydziału Farmaceutycznego z Oddziałem Medycyny Laboratoryjnej (dot. wykładów i seminariów). Adres: ul. Banacha 1; 02-097 Warszawa. Student ma obowiązek zakładać własny fartuch ochronny (z długimi rękawami, zapinany z przodu, najlepiej bawełniany) podczas wykonywania ćwiczeń. Link do strony internetowej Zakładu Chemii Fizycznej: http://chemiafizyczna.wum.edu.pl/. Podpis Kierownika Jednostki Podpis osoby odpowiedzialnej za sylabus Strona 9 z 9