Программа и контрольные задания (для студентов заочного отделения фармацевтического факультета)

Государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Сибирский государственный медицинский университет

Министерства здравоохранения и социального развития

Российской Федерации»

Физическая и коллоидная химия:

методические указания, программа и контрольные задания

(для студентов заочного отделения фармацевтического факультета)

ВАРИАНТ 3

Томск

Сибирский государственный медицинский университет

2011

УДК 544(075.8)

ББК ГБ+Г6я7

Ф 505

Ф 505

Физическая и коллоидная химия: методические указания, программа и контрольные задания (для студентов заочного отделения фармацевтического факультета) / Л.И. Олишевец, Е.Н. Тверякова, О.Г. Кузнецова, Л.П. Тимофеева. – Томск: СибГМУ, 2011. – 22 с.

Пособие составлено в соответствии с утвержденной рабочей программой по учебной дисциплине «Физическая и коллоидная химия» для студентов заочного отделения фармацевтического факультета (специальность 060108 «фармация»).

В пособии представлены программа, список литературы, вопросы к экзамену, задания контрольных работ.
Рецензент:

Л.Н. Курина – д-р хим. наук, профессор кафедры физической и коллоидной химии Томского государственного университета.

Утверждено и рекомендовано к печати учебно-методической комиссией фармацевтического факультета (протокол № 7 от 20.06.2011 г.)

Общие методические указания
Физическая и коллоидная химия – фундаментальная дисциплина, являющаяся частью теоретической базы современной фармации. Преподавание её ведется на основе преемственности и согласованности с курсами математики, физики, общей, неорганической, органической и аналитической химии.

Курс физической и коллоидной химии состоит из теоретической части, лабораторного практикума и завершается сдачей экзамена.

Вопросы к экзамену составлены в соответствии с программой и приведены в данном издании.

Основной вид учебных занятий студентов-заочников – самостоятельная работа над учебным материалом, предполагающая его изучение по учебникам, и выполнение четырех контрольных работ. При их выполнении следует избегать второстепенный материал из учебника. Решение задач и ответы на теоретические вопросы должны быть коротко, но четко обоснованы.

Вариант работы выбирается в соответствии с шифром, который проставляется на титульном листе. Контрольную работу следует оформлять аккуратно, оставлять поля для замечаний. Номера, условия задач и ответы пишутся в том порядке, в каком они даны в задании. В конце работы приводится список использованной литературы, дата и подпись студента. Для проверки работа отправляется в ВУЗ.
По окончании изучения курса физической и коллоидной химии студенты должны знать
1. Роль и значение методов физической и коллоидной химии в фармации, практической деятельности провизора, исследователя.

2. Основные разделы курса физической и коллоидной химии:

основы химической термодинамики;
учение о химическом равновесии;
термодинамика фазового равновесия;
основы учения о растворах;
основные понятия и методы электрохимии;
основы формальной химической кинетики;
понятия о теориях химической кинетики;
основы учения об адсорбции и катализе;
дисперсные системы: классификация, получение, молекулярно-кинетические, оптические, электрокинетические свойства;
двойной электрический слой, его строение. Мицелла;
устойчивость и коагуляция золей. Стабилизация;
ВМС, получение, строение, свойства растворов ВМС;
гели и студни, их свойства;
коллоидные ПАВ, солюбилизация.

Студенты должны уметь
1. Самостоятельно работать с учебной и справочной литературой по дисциплине «Физическая и коллоидная химия».

2. Рассчитывать:

тепловой эффект реакции;
изменение энергии Гиббса при протекании реакции в заданных условиях;
величину константы равновесия.

3. На основании произведенных расчетов оценить:

возможность самопроизвольного протекания реакции;
возможность смещения равновесия.

4. Рассчитывать число степеней свободы для различных систем.

5. Анализировать диаграммы состояния однокомпонентных систем; диаграммы кипения и диаграммы плавкости двухкомпонентных систем.

6. Рассчитывать температуру кипения и замерзания растворов с нелетучим растворенным веществом при известном составе раствора; изотонический коэффициент; степень диссоциации.

7. Пользоваться аппаратом формальной кинетики для расчета скорости реакции, константы скорости, времени протекания реакции.

8. Составлять схемы гальванических элементов, записывать уравнение токообразующей реакции, рассчитывать величину электродного потенциала, ЭДС, рН среды.

9. Составлять формулы мицелл золей при заданных условиях.

10. Зная строение мицеллы, оценивать возможный механизм коагуляции заданным электролитом.

11. Получать, стабилизировать и разрушать золи, эмульсии.

12.Проводить адсорбцию из растворов.

13. Применять полученные знания при изучении аналитической, органической, фармацевтической, токсикологической химии, фармакогнозии, технологии лекарств.

Программа

учебной дисциплины «Физическая и коллоидная химия»
Предмет, задачи и методы физической и коллоидной химии
Основные этапы развития науки. Роль отечественных и зарубежных ученых в её развитии Место физической и коллоидной химии среди других наук и ее значение в развитии фармации.
Основные понятия и законы термодинамики. Термохимия
Предмет и методы термодинамики. Основные понятия. Системы: изолированные, закрытые и открытые. Состояние системы. Функция состояния. Процессы: изобарные, изотермические, изохорные и адиабатические. Внутренняя энергия системы. Работа. Теплота.

Первое начало термодинамики. Математическое выражение 1-го начала. Энтальпия. Изохорная и изобарная теплоты процесса и соотношение между ними. Закон Гесса. Термохимические уравнения. Стандартные энтальпии образования и сгорания веществ. Расчет тепловых эффектов химических реакций по стандартным энтальпиям образования и сгорания веществ. Теплоты нейтрализации, растворения, гидратации. Энтальпийные диаграммы.

Второе начало термодинамики. Обратимые и необратимые в термодинамическом смысле процессы. Максимальная работа процесса. Полезная работа. Энтропийная формулировка второго начала термодинамики. Энтропия – функция состояния системы. Изменение энтропии в изолированных системах. Изменение энтропии при изотермических процессах и изменении температуры. Статистический характер второго начала термодинамики. Энтропия и ее связь с вероятностью состояния системы. Формула Больцмана.

Термодинамические потенциалы. Энергия Гельмгольца (изохорно-изотермический потенциал). Энергия Гиббса (изобарно-изотермический потенциал). Изменение энергии Гельмгольца и энергии Гиббса в самопроизвольных процессах.

Термодинамика химического равновесия
Уравнение изотермы химической реакции. Закон действующих масс для гомогенного и гетерогенного химического равновесия. Константа химического равновесия и способы ее выражения.

Уравнение изобары и изохоры химической реакции. Следствия, вытекающие из этих уравнений. Константа химического равновесия и принцип Ле-Шателье.

Термодинамика фазовых равновесий
Основные понятия. Гомогенная и гетерогенная системы. Фаза. Составляющие вещества. Компоненты. Фазовые превращения и равновесия: испарение, сублимация, плавление, изменение аллотропной модификации. Число компонентов и число степеней свободы. Правило фаз Гиббса. Прогнозирование фазовых переходов при изменении условий.

Однокомпонентные системы. Диаграммы состояния однокомпонентных систем (вода). Уравнение Клапейрона-Клаузиуса. Связь с принципом Ле-Шателье.

Двухкомпонентные (бинарные) системы. Диаграммы плавления бинарных систем. Термический анализ. Понятие о физико-химическом анализе (Н.С.Курнаков); применение для изучения твердых лекарственных форм. Идеальные и реальные растворы. Типы диаграмм «состав – давление пара», «состав – температура кипения». Азеотропы. Первый и второй законы Коновалова – Гиббса. Дробная и непрерывная перегонка (ректификация). Растворимость жидкостей в жидкостях. Влияние температуры на взаимную растворимость. Верхняя и нижняя критические температуры растворения (В.Ф.Алексеев).

Взаимонерастворимые жидкости. Теоретические основы перегонки с водяным паром.

Трехкомпонентные системы. Закон распределения веществ между двумя несмешивающимися жидкостями (В.Нернст). Коэффициент распределения. Принципы получения настоек, отваров. Экстракция.

Термодинамика разбавленных растворов
Взаимосвязь между коллигативными свойствами: относительным понижением давления пара, понижением температуры кристаллизации раствора, повышением температуры кипения раствора и осмотическим давлением разбавленных растворов нелетучих веществ. Криоскопическая и эбулиоскопическая константы и их связь с теплотой кипения и плавления растворителя.

Осмотические свойства растворов электролитов. Изотонический коэффициент.

Криометрический, эбулиометрический и осмометрический методы определения молярных масс, изотонического коэффициента.
Термодинамика растворов электролитов
Теория растворов сильных электролитов Дебая и Хюккеля. Понятие об ионной атмосфере. Активность ионов и ее связь с концентрацией. Коэффициент активности и зависимость его величины от общей концентрации электролитов в растворе. Ионная сила раствора. Правило ионной силы Г.Льюиса.

Буферные системы и растворы: кислотно-основные, концентрационные, окислительно-восстановительные. Механизм их действия. Ацетатный, фосфатный, водородкарбонатный, гемоглобиновый буферы. Буферная емкость и влияющие на нее факторы. Значение буферных систем для химии и биологии.

Электрохимия
Проводники второго рода. Удельная и молярная электропроводности (Э.Х.Ленц), их изменение с разведением раствора. Молярная электропроводность при бесконечном разведении. Закон Кольрауша. Скорость движения и подвижность ионов. Подвижность и гидратация (сольватация) ионов. Измерение сопротивления растворов. Кондуктометрия.

Электродные потенциалы. Механизм возникновения. Уравнение Нернста. Электрохимический потенциал. Стандартные электродные потенциалы. Классификация электродов. Стандартный водородный электрод. Измерение электродных потенциалов. Хлорсеребряный

электрод. Концентрационные гальванические элементы. Химические источники тока.

Окислительно-восстановительные потенциалы. Механизм возникновения. Окислительно-восстановительные электроды. Стандартный окислительно-восстановительный потенциал.

Ионоселективные электроды. Стеклянный электрод. Другие виды ионоселективных электродов. Применение в биологии, медицине, фармации. Потенциометрический метод измерения рН. Значение этих методов в фармацевтической практике. Потенциометрическое определение стандартной энергии Гиббса реакции и константы химического равновесия.
Кинетика химических реакций и катализ
Предмет и методы химической кинетики. Основные понятия. Реакции простые (одностадийные) и сложные (многостадийные), гомогенные и гетерогенные. Скорость гомогенных химических реакций. Зависимость скорости реакции от различных факторов. Закон действующих масс для скорости реакции. Молекулярность и порядок реакции.

Уравнения кинетики реакций нулевого, первого, второго порядка. Период полупревращения. Методы определения порядка реакции. Зависимость скорости реакции от температуры. Температурный коэффициент скорости реакции. Теория активных соударений. Энергия активации. Связь между скоростью реакции и энергией активации. Определение энергии активации. Ускоренные методы определения сроков годности лекарственных препаратов. Элементы теории переходного состояния (активированного комплекса).

Сложные реакции: конкурирующие (параллельные), последовательные, сопряженные (Н.А.Шилов) и обратимые. Превращения лекарственного вещества в организме как совокупность последовательных процессов; константа всасывания и константа элиминации. Цепные реакции (М.Боденштейн, Н.Н.Семенов).

Каталитические процессы. Развитие учения о катализе (А.А.Баландин, Н.И.Кобозев). Гомогенный и гетерогенный катализ. Механизм действия катализатора. Энергия активации каталитических реакций. Ферментативный катализ.

Термодинамика поверхностных явлений
Термодинамика поверхностного слоя. Поверхностная энергия Гиббса и поверхностное натяжение. Методы определения поверхностного натяжения. Краевой угол. Зависимость поверхностного натяжения от температуры. Энтальпия смачивания и коэффициент гидрофильности.

Термодинамика многокомпонентных систем с учетом поверхностной энергии. Адсорбция на границе раздела фаз. Поверхностно-активные, поверхностно-инактивные и индифферентные вещества. Изотерма поверхностного натяжения. Уравнение Шишковского. Поверхностная активность. Правило Дюкло-Траубе.

Молекулярные механизмы адсорбции. Ориентация молекул в поверхностном слое. Определение площади, занимаемой молекулой поверхностно-активного вещества в насыщенном адсорбционном слое, и максимальной длины молекулы ПАВ.

Термодинамический анализ адсорбции. Избыточная адсорбция Гиббса. Уравнение изотермы адсорбции Гиббса. Измерение адсорбции на границах раздела твердое тело – газ и твердое тело – жидкость. Факторы, влияющие на адсорбцию газов и растворенных веществ. Мономолекулярная адсорбция, уравнение изотермы адсорбции Ленгмюра, Фрейндлиха. Полимолекулярная адсорбция.

Адсорбция электролитов. Неспецифическая (эквивалентная) адсорбция ионов. Избирательная адсорбция ионов. Правила Панета-Фаянса. Ионообменная адсорбция. Иониты и их классификация. Обменная емкость. Применение ионитов в фармации.

Хроматография (М.С.Цвет). Классификация хроматографических методов по технике выполнения и по механизму процесса. Применение хроматографии для получения и анализа лекарственных веществ. Гель-фильтрация.

Дисперсные системы
Структура дисперсных систем. Дисперсная фаза, дисперсионная среда. Степень дисперсности.

Классификация дисперсных систем: по агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды (аэрозоли, лиозоли, солидозоли), по характеру взаимодействия дисперсной фазы с дисперсионной средой (необратимые и обратимые, лиофобные и лиофильные), по подвижности дисперсной фазы (свободнодисперсные и связнодисперсные коллоидные системы), по степени дисперсности.

Методы получения и очистки коллоидных растворов. Диализ, электродиализ, ультрафильтрация.
Молекулярно-кинетические и оптические свойства коллоидных систем
Броуновское движение (уравнение Эйнштейна), диффузия (уравнение Фика), осмотическое давление. Их взаимосвязь.

Седиментация. Седиментационная устойчивость и седиментационное равновесие. Центрифуга и ее применение для исследования коллоидных систем.

Рассеяние и поглощение света. Уравнение Рэлея. Ультрамикроскопия, нефелометрия и электронная микроскопия коллоидных систем. Определение формы, размеров и массы коллоидных частиц.
Строение и электрический заряд коллоидных частиц.

Электрокинетические явления
Природа электрических явлений в дисперсных системах. Механизм возникновения электрического заряда на границе раздела двух фаз. Строение двойного электрического слоя (ДЭС). Мицелла, строение мицеллы золя: агрегат, ядро, коллоидная частица (гранула). Заряд и электрокинетический потенциал коллоидной частицы.

Влияние электролитов на электрокинетический потенциал. Явление перезарядки коллоидных частиц.

Электрокинетические явления. Электрофорез. Связь электрофоретической скорости коллоидных частиц с их электрокинетическим потенциалом (уравнение Гельмгольца-Смолуховского). Электрофоретическая подвижность. Электрофоретические методы исследования в фармации.

Электроосмос. Электроосмотический метод измерения электрокинетического потенциала. Практическое применение электроосмоса в фармации.

Устойчивость и коагуляция коллоидных систем
Кинетическая и агрегативная устойчивость коллоидных систем. Агрегация и седиментация частиц дисперсной фазы. Факторы устойчивости. Коагуляция и факторы, ее вызывающие. Медленная и быстрая коагуляция. Порог коагуляции, его определение. Правило Шульце-Гарди. Чередование зон коагуляции. Коагуляция золей смесями электролитов. Правило аддитивности, антагонизм и синергизм ионов.

Гелеобразование (желатинирование). Коллоидная защита. Гетерокоагуляция. Пептизация.

Теории коагуляции. Адсорбционная теория Фрейндлиха, электростатическая теория Мюллера, теория Дерягина-Ландау-Фервея-Овербека (ДЛФО).
Разные классы дисперсных систем
Аэрозоли и их свойства. Получение, молекулярно-кинетические свойства. Электрические свойства. Агрегативная устойчивость и факторы, ее определяющие. Разрушение. Применение аэрозолей в фармации.

Порошки и их свойства. Слеживаемость, гранулирование и распыляемость порошков. Применение в фармации.

Суспензии и их свойства. Получение. Устойчивость и определяющие ее факторы. Флокуляция. Седиментационный анализ суспензий. Пены. Пасты.

Эмульсии и их свойства. Получение. Типы эмульсий. Эмульгаторы и механизм их действия. Обращение фаз эмульсий. Устойчивость эмульсий и ее нарушение. Коалесценция. Свойства концентрированных и высококонцентрированных эмульсий. Факторы устойчивости эмульсий. Применение суспензий и эмульсий в фармации.

Коллоидные системы, образованные поверхностно-активными веществами: растворы мыл, детергентов, таннидов, красителей. Мицеллярные коллоидные системы. Мицеллообразование в растворах ПАВ. Критическая концентрация мицеллообразования, методы ее определения. Солюбилизация и ее значение в фармации. Мицеллярные коллоидные системы в фармации.

Высокомолекулярные соединения
Высокомолекулярные соединения (ВМС) и их растворы. Методы получения ВМС, гибкость цепи полимеров. Внутреннее вращение звеньев в макромолекулях ВМС. Кристаллическое и аморфное состояние ВМС.

Полимерные неэлектролиты и полиэлектролиты. Полиамфолиты. Изоэлектрическая точка полиамфолитов и методы ее определения.

Набухание и растворение ВМС. Механизм набухания. Термодинамика набухания и растворения ВМС. Влияние различных факторов на степень набухания. Лиотропные ряды ионов.

Вязкость растворов ВМС. Отклонение свойств растворов ВМС от законов Ньютона и Пуазейля. Причины аномальной вязкости растворов полимеров. Методы измерения вязкости растворов ВМС. Удельная, приведенная и характеристическая вязкости. Уравнение Штаудингера и его модификация. Определение молярной массы полимера вискозиметрическим методом.

Осмотические свойства растворов ВМС. Осмотическое давление растворов полимерных неэлектролитов. Отклонение от закона Вант-Гоффа. Уравнение Галлера. Определение молярной массы полимерных неэлектролитов. Полиэлектролиты. Осмотическое давление растворов полиэлектролитов. Мембранное равновесие Доннана.

Факторы устойчивости растворов ВМС. Высаливание, пороги высаливания. Лиотропные ряды ионов. Застудневание. Влияние различных факторов на скорость застудневания. Тиксотропия студней и гелей. Синерезис студней. Студни в фармации. Диффузия и периодические реакции в студнях и гелях.

Вопросы

к экзамену по учебной дисциплине

«Физическая и коллоидная химия»

Первый закон термодинамики, его формулировки, математическая запись.

Закон Гесса, доказательство его справедливости. Применение закона для расчета тепловых эффектов реакций. Энтальпии образования и энтальпии сгорания.
Второй закон термодинамики, его формулировки, математическая запись.
Энтропия, ее смысл, использование как критерия направленности самопроизвольных процессов и равновесия в изолированных системах.
Изохорно-изотермический (энергия Гельмгольца) и изобарно-изотермический (энергия Гиббса) потенциалы – критерии возможности и направленности самопроизвольных процессов в закрытых системах.
Химическое равновесие. Константа равновесия, способы ее выражения. Уравнение изотермы реакции Вант-Гоффа, его анализ, применение.
Фазовое равновесие. Правило фаз Гиббса. Смысл понятий: составляющее вещество, независимый компонент, фаза, степень свободы.
Диаграмма состояния воды.
Диаграмма плавкости с одной эвтектикой, без твердых растворов и химических соединений. Значение диаграмм в фармации.
Диаграммы равновесия давление пара – состав, температура кипения – состав. Законы Коновалова. Азеотропные смеси. Перегонка жидких смесей I, II, III типов. Ректификация.
Взаимонерастворимые жидкости. Перегонка с водяным паром. Применение ее для получения ароматных вод.
Третий компонент в двухслойной жидкой системе. Закон распределения Нернста. Экстракция, ее практическое применение.
Растворы. Физическая и химическая теории растворов. Способы выражения концентрации.
Коллигативные свойства растворов. Закон Рауля о понижении давления пара растворителя над раствором. Следствия закона о повышении температуры кипения и

понижении температуры замерзания раствора. Криоскопия и эбулиоскопия.

Осмос, осмотическое давление, его расчет по закону Вант-Гоффа. Изотонические, гипертонические и гипотонические растворы. Плазмолиз. Гемолиз.
Теория электролитической диссоциации С.Аррениуса. Степень и константа диссоциации. Закон разбавления Оствальда.
Теория растворов сильных электролитов Дебая и Хюккеля. Активность и коэффициент активности. Ионная сила раствора.
Электрическая проводимость растворов. Измерение сопротивления проводников второго рода. Применение кондуктометрических измерений для определения степени и константы диссоциации слабого электролита, концентрации раствора.
Классификация обратимых электродов по построению и по назначению. Расчет электродных потенциалов. Уравнение Нернста.
Классификация элементов: химические (простые и сложные), концентрационные (без переноса и с переносом).
Измерение ЭДС компенсационным и некомпенсационным методами.
Электроды сравнения: СВЭ, каломельный, хлорсеребряный. Их устройство, работа. Определение потенциалов других электродов с помощью электродов сравнения.
Потенциометрический метод определения рН. Стеклянный электрод.
Скорость и константа скорости химической реакции, их зависимость от различных факторов.
Вывод кинетических уравнений 0, 1, 2 порядков.
Методы определения порядка реакции.
Зависимость скорости реакции от температуры. Правило Вант-Гоффа. Уравнение Аррениуса.
Энергия активации. Ее трактовка с позиций теорий активных столкновений и переходного состояния (активированного комплекса).
Катализ, его виды. Особенности действия катализаторов. Влияние катализатора на энергию активации.
Ферментативный катализ.
Адсорбция, адсорбент, адсорбтив. Физическая и химическая адсорбция. Значение адсорбции в технике, медицине, фармации.
Поверхностная энергия, причины возникновения, связь с поверхностным натяжением.
Теория Ленгмюра о мономолекулярном слое. Изотерма адсорбции. Мономолекулярные пленки, их строение, классификация, биологическое значение.
Поверхностно-активные вещества (ПАВ). Их строение, ориентация, поверхностная активность. Правило Дюкло-Траубе. Уравнение Гиббса.
Коллоидные ПАВ, их классификация. Состояние мыл в растворе. Критическая концентрация мицеллообразования. Солюбилизация, ее использование в технике, фармации.
Молекулярная адсорбция. Влияние различных факторов на ее величину. Уравнение Фрейндлиха. Практическое значение молекулярной адсорбции. Хроматография.
Ионная адсорбция, ее зависимость от различных факторов. Правила избирательной адсорбции. Роль ионной адсорбции при образовании золей.
Ионообменная адсорбция, ее специфические особенности. Катиониты, аниониты, их строение, работа, регенерация. Использование ионного обмена.
Смачивание, краевой угол смачивания. Гидрофилизация, гидрофобизация. Моющее действие мыла.
Дисперсные системы, их классификация:

по степени дисперсности;
по агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды;
по интенсивности взаимодействия частиц дисперсной фазы;
по интенсивности взаимодействия частиц дисперсной фазы и дисперсионной среды.

Роль дисперсных систем в фармации, медицине, технике.
Методы получения дисперсных систем: конденсационный и диспергационный. Пептизация: адсорбционная и диссолюционная.
Методы очистки золей (диализ, электродиализ).
Свойства коллоидных растворов:

оптические (уравнение Рэлея);
молекулярно-кинетические.

Электрокинетические явления I и II рода, причина их существования. Практическая значимость электрофореза и электроосмоса.
Пути образования двойного электрического слоя:

избирательная адсорбция;
частичная диссоциация поверхностных молекул

Строение двойного электрического слоя по Штерну. Строение мицеллы.
Электротермодинамический и электрокинетический потенциалы. Влияние электролитов на их величины.
Виды устойчивости дисперсных систем: агрегативная и кинетическая. Коагуляция, факторы, ее вызывающие. Седиментация.
Правила электролитной коагуляции.
Теория электролитной коагуляции ДЛФО. Концентрационная и нейтрализационная коагуляция.
Коллоидная защита. Золотое число. Значение коллоидной защиты в фармации и биологии.
ВМС. Методы получения, структура и форма макромолекул, гибкость макромолекул.
Набухание и растворение ВМС. Причина, виды, механизм, термодинамика процесса.
Степень набухания. Влияние различных факторов на ее величину. Практическое значение процесса набухания.
Полимерные электролиты. Изоэлектрическая точка белков. Высаливание белков.
Свойства растворов ВМС: оптические, молекулярно-кинетические, коллигативные, вязкость.
Гели и студни. Факторы, влияющие на структурирование. Свойства гелей и студней: синерезис, тиксотропия, диффузия и периодические реакции. Роль студней в фармации.
Эмульсии, их классификация. Определение типов эмульсии. Коалесценция, ее причина. Стабилизация эмульсий. Правило Банкрофта. Значение эмульсий и эмульгирования.
Аэрозоли как микрогетерогенные системы. Получение, устойчивость, свойства. Значение аэрозолей в медицине.
Суспензии как микрогетерогенные системы. Получение, устойчивость, свойства. Значение суспензий.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

ОСНОВНАЯ

Беляев А.П., Кучук В.И., Евстратова К.И., Купина Н.А., Малахова Е.Е. Физическая и коллоидная химия: Учебник / Под ред. проф. Беляева А.П. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2010. – 704 с.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ

Слесарев В.И. Химия: Основы химии живого. – 5-е изд., испр. – СПб.: Химиздат, 2009. – 784 с.
Зимон А.Д., Лещенко Н.Ф. Коллоидная химия: Учебник для вузов. – 3-е изд. доп. и испр. – М.: АГАР, 2003. – 318с.
Гельфман М.И., Ковалевич О.В., Юстратов В.П. Коллоидная химия. – СПб.: Лань, 2004. – 336с.
Олишевец Л.И. Физическая химия. Курс лекций. Томск, 2006.

Контрольная работа № 1

Термодинамика. Гетерогенное равновесие. Растворы

Закон Гесса, доказательство его справедливости при постоянных объеме и давлении. Энтальпия сгорания, расчет тепловых эффектов по энтальпиям сгорания.
Второй закон термодинамики, формулировки, вывод, математическая запись.
Диаграмма состояния серы.
Закон Рауля и его следствие о понижении температуры замерзания раствора. Значение криоскопических исследований.
Диаграмма равновесия «давление пара - состав» для бинарных систем с полной взаимной растворимостью I типа (графическое изображение и анализ). Первый закон Коновалова. Перегонка систем I типа.
Рассчитайте тепловой эффект реакции CH₄ + Cl₂ = CH₃Cl + HCl, если известны тепловые эффекты следующих реакций:

CH₄ + 2 O₂ = CO₂ + 2 H₂O – 892 кДж

CH₃Cl + 3/2 O₂ = CO₂ + H₂O + HCl – 687 кДж

H₂ + ½ O₂ = H₂O – 286 кДж

½ H₂ + ½ Cl₂ = HCl – 92,5 кДж

На основании следующих термодинамических характеристик докажите, что сгорание глюкозы является самопроизвольным процессом.

	∆H⁰_обр кДж/моль	S⁰ Дж/(моль∙К)	∆G⁰ кДж/моль
С₆Н₁₂О₆ (к)	-1274,4	212,1	-919,4
СО₂ (г)	-393,7	213,8	-394,4
Н₂О (г)	-241,8	188,7	-228,6
О₂ (г)		205,0

Какое максимальное число фаз может быть в системе, состоящей из воды и солей CaCl₂, BaCl₂, SrCl₂?
При 18⁰С осмотическое давление раствора глицерина равно 3,039∙10⁵ Н/м². Каково будет осмотическое давление, если раствор разбавить в три раза, а температуру повысить до 37⁰С?
Вычислите общее давление над смесью, состоящей из 200 г бензола и 300 г этилбензола при 60⁰С. Давление пара этилбензола при этой температуре 10484 Н/м², а давление пара бензола 51809 Н/м².

Контрольная работа № 2

Электрохимия. Кинетика и катализ

Буферные растворы: состав, механизм действия (рассмотреть на примере ацетатного буферного раствора), расчет рН. Мера буферной емкости.
Измерение сопротивления раствора. Константа электролитической ячейки, её определение. Расчет удельной электрической проводимости.
Классификация обратимых электродов. Расчет электродных потенциалов.
Вывод и анализ кинетического уравнения первого порядка.
Энергия активации процесса. Влияние катализатора на её величину.
Вычислите кажущуюся степень диссоциации хлорида натрия в 2 М растворе, если осмотическое давление раствора при 0⁰С равно 6900 кПа.
0,759 г КОН (тв) растворили в воде и получили 0,8 л раствора. Сопротивление этого раствора в ячейке равно 184 Ом. Константа ячейки равна 80 м^-1. Рассчитайте молярную электрическую проводимость раствора КОН.
Определите потенциал водородного электрода в щелочной среде, если концентрация КОН равна (моль/л): а) 0,001; б) 0,01.
Для измерения рН сока поджелудочной железы была составлена гальваническая цепь из водородного и каломельного (насыщенного) электродов. Измеренная при 30⁰С ЭДС составила 707 мВ. Вычислите рН сока поджелудочной железы, приведите схему гальванической цепи, электродные и токообразующую реакцию. φ_{кал. нас.} = 0,241 В
Во сколько раз увеличится скорость реакции, протекающей при 298 К, если энергию активации (Е_а) уменьшить на 4 кДж/моль?

Контрольная работа №3

Адсорбция и ВМС

Ионообменная адсорбция, её специфические особенности. Катиониты, аниониты, их строение, работа, регенерация. Использование ионного обмена.
Хроматография как метод разделения смесей веществ. Классификация метода по механизму процесса, технике выполнения.
Смачивание. Краевой угол смачивания. Гидрофильные и гидрофобные поверхности. Гидрофилизация и гидрофобизация, их использование.
Осмотическое давление растворов ВМС. Уравнение Галлера. Применение осмометрии.
Методы разделения белков: высаливание, электрофорез, ультрацентрифугирование, молекулярно-ситовая хроматография (гельфильтрация).
Активная поверхность 1 г силикогеля SiO₂ составляет 465 м². Рассчитать, сколько молекул брома поглощается 1 см поверхности, если известно, что 10 г силикагеля адсорбируют 5 мг брома.
Лекарственные формы изготавливают с использованием вспомогательных веществ, среди которых часто применяют природный неорганический полимер – бентонит Al₂O₃·SiO₂·m H₂O. Способность к набуханию и гелеобразованию позволяет использовать его при производстве мазей, таблеток, порошков, пилюль. Бентониты обладают эмульгирующим действием, обеспечивают лекарственным препаратам высокие адсорбционные свойства. Раскройте содержание понятий: а) гелеобразование; б) эмульгирующее действие; в) адсорбционные свойства.
Растворы желатина прописываются в высоких концентрациях для остановки кровотечений. Для получения растворов медицинского желатина его нарезают на мелкие кусочки (зачем?), заливают 1-5 кратным количеством воды и оставляют на 1-2 часа (для чего?), затем добавляют еще воды и нагревают на водяной бане (с какой целью?). Опишите термодинамику процесса.
При каком значении рН будет достигнуто наиболее эффективное разделение методом электрофореза белковой смеси, состоящей из сывороточного альбумина (ИЭТ=4,9) и гемоглобина (ИЭТ=6,8)?

Контрольная работа № 4

Дисперсные системы

Методы очистки коллоидных растворов. Диализ, электродиализ, ультрафильтрация. Аппарат искусственная почка (АИП).
Коагуляция золей электролитами. Правило Шульце-Гарди. Правило лиотропных рядов. Влияние электролитов на термодинамический (φ) и электрокинетический (ξ) потенциалы. Рассмотреть на конкретных примерах.
Аэрозоли и их свойства. Получение. Молекулярно-кинетические и электрические свойства. Агрегативная устойчивость и факторы, ее определяющие. Разрушение. Применение аэрозолей в медицине и фармации.
Коллоидная защита. Механизм действия растворов ВМС. Золотое число. Значение коллоидной защиты.
Электроосмос. Электроосмотический метод измерения электрокинетического потенциала. Практическое применение электроосмоса.
Золь Cd(OH)₂ получен сливанием растворов CdCl₂ и NaOH (один из них взят в избытке). Каков знак заряда частиц золя (гранулы), если даны пороги коагуляции для следующих электролитов:

1) γ (Na₂SO₄)=0,1 ммоль/л;

2) γ Ca(NO₃)₂)= 5 ммоль/л;

3) γ (K₃PO₄)=0,001 ммоль/л?

Объяснить, почему при взбалтывании бензола в воде наблюдается быстрое расслаивание жидкостей, а при взбалтывании указанных жидкостей в присутствии мыла получается устойчивая эмульсия. Какую роль играют молекулы мыла C₁₇H₃₅COONa?
При сливании разбавленных растворов K₂CrO₄ и AgNO₃ (избыток) получен золь Ag₂CrO₄. Дайте ответ на вопросы
1. каким методом получен золь;
2. каковы условия получения золя;
3. каков размер частиц золя;
4. напишите формулу мицеллы золя;
5. какими видами устойчивости обладает золь?
Почему суспензии отпускаются в прозрачной таре с этикеткой «Перед употреблением взбалтывать»?

Ответы на задачи контрольных работ № 1 и № 2

Вариант		6	7	8	9	10
№ 1	Контрольная № 1	13,3	189,97		24,91%0	97,25%
№ 1	Контрольная № 2	0,01 моль/л	-0,1977⁰С	92%	5,425	0,0204
№ 2	Контрольная № 1	4154 раз	≈1000К		13,8г	6362 Н/м²
№ 2	Контрольная № 2		5,65·10^-2 См·м^-1	1,41·10⁹	0,511 В	4
№ 3	Контрольная № 1	-104 кДж			1,079·10⁵ Н/м²	30118 Н/м²
№ 3	Контрольная № 2	51%	0,025 Ом^-1·м²	-0,65 В -0,71 В	7,77	5,03 раз
№ 4	Контрольная № 1	∆H = 0 ∆H = -6,4 кДж/моль	а) ∆F<0 б) ∆F>0 в) ∆F=0		3091 Н/м²	≈0,1⁰С
№ 4	Контрольная № 2	18,2	1,52	1,8%	3,767·10^-4 моль/л	2,53
№ 5	Контрольная № 1	-32 кДж/моль	-18030 Дж		-47,5⁰	62 % С₂Н₄Сl₂ 2,2·10⁴ Па
№ 5	Контрольная № 2	67%	5,534·10^-4	0,174 В	рН = 5,637 [Н⁺] = 2,307∙10^-6	влево
№ 6	Контрольная № 1	44,0 кДж	655 Дж/моль·К		138,8	n=3
№ 6	Контрольная № 2		11.15	-2,44 В	рН = 6,02 0,17	50 раз
№ 7	Контрольная № 1	-86,84 кДж			8 атомов	1,884·10^-4 моль/л
№ 7	Контрольная № 2	рН ≈ 0,46	α = 0,521% К = 1,36·10^-5	на 0,406 В	рН = 1,38 с (Н⁺) = 4,17·10^-2	33,3 дня
Вариант		6	7	8	9	10

Вариант		6	7	8	9	10
№ 8	Контрольная № 1	436,5 кДж			247,6 г	1,4685 г (n=1) 1,4975 г (n=2)
№ 8	Контрольная № 2	73,65%	126,4 Ом^-1см²	-0,413 В	-0,797 В	2720 лет
№ 9	Контрольная № 1	5,893∙10⁵ кДж/моль			0,66% 0,052 моль/л 0,05 моль/кг 0,156 моль/л N_Н2О=0,959	25141 Н/м²
№ 9	Контрольная № 2		0,285 н	0,333 В	3,537	88,8%
№ 10	Контрольная № 1	5,531·10⁵ кДж	40,8 Дж/моль·К	с = 2	3064 Н/м²	25550 Н/м² 17540 Н/м² 43090 Н/м²
№ 10	Контрольная № 2	рН = 2,873 рОН = 11,127	3,992·10^-4 Ом^-1см^-1	-0,804 В -0,828 В	5,069	≈ 48,6 час ≈ 2 суток

Учебное издание

Авторы:
кандидат химических наук, доцент

Олишевец Людмила Ивановна
кандидат химических наук

Тверякова Елена Никитична
кандидат химических наук, доцент

Кузнецова Ольга Гавриловна
Тимофеева Людмила Петровна

Физическая и коллоидная химия:

методические указания, программа и контрольные задания

(для студентов заочного отделения фармацевтического факультета)

Вариант 3

Отпечатано в авторской редакции

Редакционно-издательский отдел СибГМУ

634050, г. Томск, пр. Ленина, 107

тел. 8(382-2) 51-57-08

факс. 8(382-2) 51-53-15

Е-mail: bulletin@bulletin.tomsk.ru

__________________________________________________________________

Подписано в печать 10.11.2009 г.

Формат 60х84 ^1/16. Бумага офсетная.

Печать ризограф. Гарнитура «Times». Печ. лист. 8,6

Тираж 100 экз. Заказ № ????

__________________________________________________________________

Отпечатано в лаборатории оперативной полиграфии СибГМУ

634050, Томск, ул. Московский тракт, 21