1 - ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ К ЭКЗАМЕНУ ПО

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ К ЭКЗАМЕНУ ПО ФИЗИЧЕСКОЙ И
КОЛЛОИДНОЙ ХИМИИ (ЗИМНЯЯ СЕССИЯ, 2015 ГОД)
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
“ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА. ТЕРМОХИМИЯ”
Предмет физической химии. Значение ее для фармации, биологии, медицины Место
физической химии среди других химических дисциплин. Краткий исторический
очерк развития физической химии.
Разделы физической химии. Методы исследования, используемые в ней. Химическая
термодинамика. Предмет и теоретическая база. Особенности законов термодинамики.
Термодинамические системы. Определение и классификация. Внутренняя энергия.
Определение, составляющие, размерность.
Параметры состояния. Факторы. Термодинамический процесс. Функция состояния.
Температура. Теплообмен и работа, как формы передачи энергии. Сходство и
различие между теплотой и работой.
Нулевое начало термодинамики.
Первое начало термодинамики. Различные формулировки. Математическое
выражение и его анализ.
Термохимия. Калориметрические измерения. Термохимические уравнения. Тепловой
эффект химической реакции. Знак теплового эффекта и экзо- и эндотермичность
реакции.
Связь изохорного теплового эффекта с изменением внутренней энергии. Энтальпия.
Связь изобарного теплового эффекта с энтальпией.
Теплота сгорания. Расчет тепловых эффектов реакций с использованием теплот
сгорания.
Теплота образования. Расчет тепловых эффектов реакций с использованием теплот
образования.
Соотношение между тепловыми эффектами реакции при постоянном объёме и при
постоянном давлении.
Закон Гесса - основной закон термохимии. Формулировка и иллюстрация на
примерах.
Следствия закона Гесса.
Зависимость теплового эффекта реакции от температуры. Вывод уравнения
Кирхгоффа для малого интервала температур. Теплоемкость.
Уравнение Кирхгоффа для больших интервалов температур.
Теплота растворения. Теплота гидратации.
Обратимые и необратимые реакции. Критерии самопроизвольности протекания
процессов. Термодинамическая вероятность состояния системы.
Энтропия. Ее связь с термодинамической вероятностью. Уравнение Больцмана. Закон
возрастания энтропии.
Второе начало термодинамики. Различные формулировки и математическое
выражение.
Третье начало термодинамики. Постулат Планка. Абсолютное значение энтропии.
Расчет энтропии для химических реакций.
Энергия Гиббса. Энергия Гельмгольца. Вывод математического выражения. Связь с
максимальной и максимальной полезной работой. Критерий химического сродства.
“ХИМИЧЕСКОЕ И ФАЗОВОЕ РАВНОВЕСИЕ”
Химическое равновесие. Закон действующих масс для обратимых реакций. Константы
равновесия (Кс, Ка, Кр). Вывод соотношения между Кр и Кс.
Факторы, влияющие на равновесие. Принцип Ле-Шателье - Брауна. Влияние
изменения давления и объема реакционной смеси на равновесный выход продуктов.
Расчет равновесного выхода продуктов обратимой химической реакции.
-225.
26.
27.
28.
29.
30.
31.
32.
33.
34.
35.
36.
37.
38.
39.
40.
41.
42.
43.
44.
45.
46.
47.
48.
49.
50.
51.
Уравнение изотермы химической
реакции (вывод). Связь между Кр и
Gr0 (Кс и Arо) реакции.
Расчет Кр по стандартным значениям Hr0 и Sr0 реакции (для малых интервалов
температуры).
Зависимость константы равновесия от температуры. Уравнения изобары и изохоры
химической реакции (вывод).
Химическое равновесие в гетерогенных системах. Давление диссоциации.
Фазовое равновесие. Основные понятия (фаза, компонент, число независимых
компонентов, вариантность системы, фазовые переходы). Правило фаз Гиббса.
Фазовые
диаграммы
(диаграммы
состояния).
Диаграмма
состояния
однокомпонентной системы и ее анализ (на примере воды).
Уравнение Клапейрона для фазовых переходов (вывод). Применение уравнения.
Уравнение Клаузиуса - Клапейрона для процесса кипения (вывод).
Двухкомпонентные (бинарные) смеси летучих жидкостей. Идеальные растворы. Закон
Рауля.
Реальные растворы. Отклонения от закона Рауля. Диаграммы кипения. Первый закон
Коновалова.
Простая перегонка (дистилляция) бинарных смесей, ее возможности и применение.
Ректификация.
Второй закон Коновалова. Азеотропные смеси (азеотропы), их виды. Примеры.
Способы разделения азеотропных смесей. Получение абсолютизированного спирта.
Нерастворимые друг в друге жидкости. Закон Дальтона. Перегонка с водяным паром.
Коэффициент расхода пара (вывод).
Термический анализ. Кривые охлаждения. Диаграммы плавления бинарных смесей, не
образующих химических соединений.
Диаграммы плавления смесей веществ, образующих химические соединения.
“РАСТВОРЫ. ЭЛЕКТРОХИМИЯ”
Нерастворимые друг в друге жидкости. Закон Дальтона. Перегонка с водяным паром.
Коэффициент расхода пара (вывод).
Третий компонент в двухслойной жидкой системе. Коэффициент распределения.
Закон распределения Нернста. Жидкостная экстракция.
Вывод уравнения для расчёта количества вещества, извлекаемого из раствора при
однократной и дробной экстракции.
Вывод уравнения для расчёта количества вещества, остающегося в первоначальном
растворе (рафинате) после однократной и дробной экстракции.
Степень извлечения при экстракции. Расчёт числа операций, необходимых для
достижения заданной степени извлечения.
Растворы. Определение. Способы выражения концентрации. Значение растворов в
фармации.
Коллигативные свойства растворов неэлектролитов. Понижение (депрессия)
температуры замерзания растворов. Криоскопическая константа. Криометрическое
определение молекулярной массы веществ.
Повышение температуры кипения растворов. Эбуллиоскопическая константа.
Эбуллиоскопическое определение молярной массы веществ.
Осмос. Осмотическое давление растворов неэлектролитов. Уравнение Вант-Гоффа.
Изо -, гипо- и гипертонические растворы в фармации. Изотонирование.
Осмометрическое определение молярной массы веществ.
Электрохимия. Основные понятия. Теория растворов сильных электролитов ДебаяХюккеля. Ионная сила растворов.
Коллигативные свойства (криоскопия, эбуллиоскопия, осмометрия) растворов
электролитов. Изотонический и осмотический коэффициенты, их вычисление.
-352.
53.
54.
55.
56.
57.
58.
59.
60.
61.
62.
63.
64.
65.
66.
67.
68.
69.
70.
71.
72.
73.
74.
75.
76.
77.
Электролитическая
диссоциация
воды. Водородный показатель рН как
мера активной реакции среды.
Активность ионов и её связь с концентрацией электролита. Коэффициент активности.
Константа диссоциации слабых электролитов. Степень диссоциации. Закон
разведения Оствальда. Вывод его математического выражения.
Буферные растворы в фармации. Механизм буферного действия. Связь рН буферных
растворов с их составом. Буферная емкость.
Электрическая проводимость растворов (удельная и эквивалентная), их зависимость
от различных факторов. Подвижность ионов. Закон Кольрауша.
Кондуктометрическое определение степени и константы диссоциации слабых электролитов.
Химические источники тока (гальванические элементы), их виды. Электроды,
полуэлементы, цепи. Электродвижущая сила (ЭДС), связь её с энергией Гиббса
протекающей в элементе реакции.
Электродные потенциалы. Контактный и диффузионный потенциалы и способы
сведения их к минимуму.
Уравнения Нернста для расчёта электродных потенциалов и для расчёта ЭДС.
Обратимые электроды 1-го рода. Формула записи, электродная полуреакция.
Примеры. Водородный электрод, его применение в качестве стандартного.
Обратимые электроды 2-го рода. Формула записи, электродная полуреакция.
Хлоридсеребряный и каломельный электроды. Устройство и применение в качестве
электродов сравнения.
Ионоселективные электроды. Стеклянный электрод (устройство и применение).
Принципиальное устройство рН-метра. Потенциометрическое определение рН.
Концентрационные гальванические элементы и их применение для определения
растворимости малорастворимых солей.
Окислительно-восстановительные
электроды
и
гальванические
элементы.
Применение их для расчёта констант равновесия окислительно-восстановительных
реакций.
“ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА. ФОТОХИМИЯ. КАТАЛИЗ”
Предмет химической кинетики. Ее значение для фармации, медицины, биологии.
Скорость химической реакции. Размерность скорости. Истинная (мгновенная) и
средняя скорость.
Кинетическая классификация химических реакций. Молекулярность и порядок
реакции (по данному веществу и в целом).
Способы определения порядка реакции.
Зависимость скорости реакции от концентрации реагентов. Закон действующих масс.
Константа скорости.
Реакции 1-го порядка. Вывод кинетического уравнения. Время полупревращения.
Расчет сроков годности лекарственных препаратов. Метод ускоренного старения.
Реакции 2-го порядка. Кинетические уравнения: а) для случая равных и б) неравных
концентраций реагентов. Время полупревращения.
Зависимость скорости реакции от температуры. Правило Вант-Гоффа. Температурный
коэффициент скорости.
Основные положения теории активных столкновений. Энергия активации реакции.
Лимитирующая стадия.
Уравнение Аррениуса (вывод). Расчет энергии активации. Расчет констант скорости
реакции при различных температурах.
Основные положения теории переходного состояния. Активированный комплекс.
Энергетический профиль реакции.
Сложные реакции (последовательные, цепные, параллельные, сопряженные).
Примеры сложных реакций.
-478.
79.
80.
81.
82.
83.
84.
85.
86.
87.
88.
89.
90.
91.
92.
93.
94.
95.
96.
97.
98.
99.
100.
101.
102.
103.
104.
105.
106.
107.
108.
Особенности
протекания
гетерогенных реакций. Примеры.
Реакции с диффузионным и кинетическим контролем.
Фотохимия. Фотохимические реакции (примеры). Основные законы фотохимии
(закон Гротгуса - Дрейпера, закон Бунзена - Роско, закон Штарка - Эйнштейна).
Фотохимические реакции в фармации.
Световая и темновая стадия фотохимических реакций. Фотосенсибилизация.
Квантовый выход реакции.
Катализ. Значение катализа в фармации и биологии. Виды катализа (гомогенный и
гетерогенный). Катализаторы, ингибиторы, промоторы, каталитические яды.
Механизм действия катализатора. Его влияние на энергию активации реакции.
Примеры гомогенного катализа. Кислотно-основный катализ в фармации и биологии.
Гетерогенный катализ. Активные центры. Мультиплетная теория Баландина.
Катализ на носителях. Теория активных ансамблей Кобозева.
Ферментативный катализ. Ферменты.
“ ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ”
Предмет коллоидной химии и её значение в фармации. Основные этапы развития
коллоидной химии.
Гетерогенность и дисперсность как основные признаки объектов коллоидной химии.
Размеры частиц, степень дисперсности системы и их взаимосвязь.
Поверхностные явления и их значение в фармации. Свободная поверхностная энергия
и поверхностное натяжение.
Пути уменьшения свободной поверхностной энергии дисперсных систем.
Поверхностно-активные вещества (ПАВ). Строение молекулы (дифильность).
Значение и применение ПАВ.
Классификация ПАВ.
Характеристики ПАВ - гидрофильно-липофильный баланс (ГЛБ) и поверхностная
активность. Правило Дюкло  Траубе.
Изотерма поверхностного натяжения. Уравнение Шишковского.
Мицеллообразование
в
растворах
ПАВ.
Критическая
концентрация
мицеллообразования в растворах (ККМ1 и ККМ2). Методы определения ККМ.
Солюбилизация и её применение в фармации. Липосомы.
Адсорбция (общие понятия). Изотерма адсорбции.
Адсорбция ПАВ на поверхностях раздела “жидкость - газ” и жидкость – жидкость”.
Уравнение Гиббса.
Адсорбция на поверхности раздела “твёрдое тело - газ”. Экспериментальное
определение величины адсорбции.
Теория мономолекулярной адсорбции Лэнгмюра. Вывод уравнения Лэнгмюра.
Физический смысл коэффициентов этого уравнения.
Расчёт коэффициентов уравнения Лэнгмюра. Применимость уравнения.
Уравнение Фрейндлиха. Расчёт его коэффициентов. Применимость уравнения.
Полимолекулярная адсорбция. Капиллярная конденсация.
Адсорбция на поверхности раздела “твёрдое тело - жидкость”. Правило уравнивания
полярностей Ребиндера.
Адсорбция электролитов. Влияние природы ионов и адсорбентов. Правило Панета Фаянса.
Обменная адсорбция. Иониты, их классификация и применение. Обменная ёмкость.
Механизм действия ионитов на примере умягчения и обессоливания воды.
Регенерация ионитов.
Когезия. Адгезия. Растекание. Смачивание. Краевой угол смачивания. Уравнение
Юнга.
Теплота смачивания. Коэффициент гидрофильности. Инверсия смачивания.
-5-
109.
110.
111.
112.
113.
114.
115.
116.
117.
118.
119.
120.
121.
122.
123.
124.
125.
126.
127.
128.
129.
130.
131.
132.
133.
134.
“СТРОЕНИЕ МИЦЕЛЛЫ,
УСТОЙЧИВОСТЬ И КОАГУЛЯЦИЯ
КОЛЛОИДНЫХ СИСТЕМ”
Дисперсные системы. Классификация. Общие принципы получения.
Конденсационные методы получения (метод химической реакции, метод замены
растворителя).
Диспергационные методы получения (диспергирование в ступке, в шаровой и
коллоидной мельницах).
Комбинированные методы получения (пептизация, электрические методы).
Методы очистки коллоидных растворов (диализ, электродиализ, ультрафильтрация).
Образование двойного электрического слоя (ДЭС) на межфазных поверхностях.
Теории строения ДЭС (Гельмгольца - Перрена, Гуи - Чепмена, Штерна - Фрумкина).
Электротермодинамический () и электрокинетический () потенциалы.
Строение мицеллы лиофобных золей. Формула мицеллы.
Влияние разбавления и введения электролитов на толщину ДЭС и на - и потенциалы. Изоэлектрическое состояние ДЭС.
Устойчивость дисперсных систем (агрегативная и седиментационная). Факторы, определяющие устойчивость. Коагуляция.
Виды коагуляции (скрытая, явная, медленная, быстрая) и их связь с величиной потенциала.
Электролитная коагуляция. Теория коагуляции (адсорбционная, электростатическая,
ДЛФО).
Порог коагуляции и его экспериментальное определение. Коагулирующая
способность электролитов. Правило Шульце - Гарди. Лиотропные ряды коагуляции.
Особые явления, наблюдаемые при электролитной коагуляции: аддитивное,
антагонистическое и синергическое действие электролитов при совместном введении;
перезарядка золей (“неправильные ряды” коагуляции).
“Привыкание” золей (положительное и отрицательное). Защитное действие
высокомолекулярных веществ. Золотое число.
Электрокинетические явления в дисперсных системах (электрофорез, электроосмос,
эффект Дорна, эффект Квинке).
Уравнение Гельмгольца - Смолуховского для скорости электрофореза. Расчет с его
помощью величины -потенциала. Электрофоретическая подвижность.
“ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ И ИХ СВОЙСТВА”
Степень дисперсности и линейные размеры частиц. Удельная поверхность
дисперсных систем по массе и по объёму и её расчёт. Расчёт суммарной площади
поверхности частиц.
Броуновское движение и диффузия в дисперсных системах. Законы Фика.
Коэффициент диффузии. Уравнение Эйнштейна для его расчёта.
Уравнение Эйнштейна - Смолуховского для расчёта величины среднего сдвига частиц
при броуновском движении.
Осмотическое давление коллоидных растворов. Осмотический метод определения
размеров коллоидных частиц.
Вязкость лиофобных золей. Уравнение Эйнштейна для вязкости.
Рассеяние и поглощение света в дисперсных системах. Опалесценция. Эффект
Фарадея - Тиндаля. Уравнение Рэлея.
Общая характеристика грубодисперсных систем, их отличие от коллоидных.
Суспензии, пасты. Получение и стабилизация. Применение в фармации.
Седиментация. Уравнение Стокса.
Седиментометры. Седиментационный анализ суспензий. Седиментационная кривая.
Кривая распределения частиц по фракциям.
Эмульсии. Классификация, методы получения и стабилизации. Коалесценция.
Эмульгаторы. Правило Банкрофта.
-6135.
136.
137.
138.
139.
140.
141.
142.
143.
144.
145.
146.
147.
148.
149.
150.
151.
Методы определения типа эмульсий.
Обращение
фаз
эмульсий.
Применение эмульсий в фармации.
Пены. Классификация, методы получения и стабилизации.
Аэрозоли. Классификация, методы получения, устойчивость. Применение в
фармации. Аэрозольные упаковки. Фреоны.
Молекулярно - кинетические и электрические свойства аэрозолей. Термофорез,
терпопреципитация, фотофорез. Электрофильтры.
Порошки. Получение, применение в фармации. Слёживаемость, распыляемость,
сыпучесть. Гранулирование порошков.
«ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ ВЕЩЕСТВА»
Высокомолекулярные
вещества
(ВМВ,
полимеры).
Методы
получения,
классификация. Использование ВМВ в фармации. Структура ВМВ (линейная,
разветвленная, пространственная). Конформация макромолекул.
Физические состояния ВМВ (стеклообразное, высокоэластичное, вязко-текучее).
Температуры перехода между ними.
Набухание ВМВ и его значение в фармации и медицине. Термодинамика набухания и
растворения ВМВ. Лиотропные ряды набухания. Давление набухания. Уравнение
Позняка.
Растворы ВМВ. Сходство и отличия между ними и золями, а также истинными
растворами низкомолекулярных веществ. Осмотическое давление растворов ВМВ.
Уравнение Галлера. Осмометрическое определение молярной массы ВМВ.
Вискозиметрия. Виды вязкости жидкостей (динамическая, относительная,
кинематическая). Уравнения Ньютона, Пуазейля, Стокса. Вискозиметр Оствальда.
Другие типы вискозиметров.
Удельная, приведенная и характеристическая вязкость растворов ВМВ. Уравнения
Штаудингера и Марка - Хаувинка - Куна. Вискозиметрическое определение молярной
массы ВМВ.
Структурная (пластическая) вязкость. Уравнение Бингема. Предел текучести.
Выделение ВМВ из растворов. Высаливание. Коацервация. Выделение под действием
органических растворителей.
Застудневание растворов ВМВ и факторы, влияющие на него. Лиотропный ряд
застудневания.
Полиэлектролиты. Полиамфолиты. Белки. Изоэлектрическая точка (ИЭТ)
полиэлектролитов и белков. Методы её определения.
Студни и гели. Классификация. Применение в фармации, значение в биологии и
медицине. Синерезис. Тиксотропия.
Диффузия в гелях. Гель–хроматография. Периодические реакции в студнях и гелях.