81

Государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Курский государственный медицинский университет»

Министерства здравоохранения и социального

развития Российской Федерации

(ГБОУ ВПО КГМУ Минздравсоцразвития России)

КАФЕДРА ОБЩЕЙ И БИООРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ

Методические рекомендации по самоподготовке и

проведению практических занятий по дисциплине

«Физическая и коллоидная химия»

КУРСК - 2012 г.

Методические рекомендации по самоподготовке и проведению практических занятий по дисциплине «Физическая и коллоидная химия»

Составитель: доц. кафедры общей и биоорганической химии, к.х.н. Оксененко О.И.

Под редакцией зав. кафедрой проф., д.ф.н. Будко Е.В.

Методические рекомендации по самоподготовке и проведению практических занятий по дисциплине «Физическая и коллоидная химия» составлены в соответствии с единой методической системой, принятой в КГМУ и с рабочей учебной программой по физической и коллоидной химии для студентов фармацевтического факультета. Включают следующие разделы: химическая термодинамика, кинетика, свойства растворов, термодинамика химического равновесия, электрохимия, термодинамика поверхностных явлений, дисперсные системы, свойства ВМС и их растворов.

Рецензенты:

профессор кафедры общей и биоорганической химии, д.ф.н. Хабаров А.А.

доц. кафедры общей и биоорганической химии, к.х.н. Малыхин А.Ю.

Введение

Методические рекомендации по самоподготовке и проведению практических занятий по дисциплине «Физическая и коллоидная химия» представляют собой комплекс рекомендаций и разъяснений по самостоятельному изучению разделов и тем дисциплины, подготовке к аудиторным занятиям, рубежному и итоговому контролю знаний, навыков и умений, выполнению практических работ на занятии.

Включают следующие разделы:

1. Тематический план занятий

2. Рекомендации по изучаемым темам в следующей последовательности:

• тема

• актуальность темы в подготовке специалиста и в практической деятельности провизора

• цель изучения темы определяет тот объем знаний, который является необходимым для последующего профессионального обучения, а также решения разнообразных проблемно-ситуационных задач и выполнения тестового контроля

• план изучения темы определяет наиболее существенные для изучения вопросы учебного материала в их логической последовательности

• рекомендуемая литература (основная и дополнительная) содержит материал, необходимый в процессе самоподготовки

• вопросы для самоконтроля позволяют самому студенту проверить качество усвоения учебного материала темы

• обязательные для выполнения задания на самоподготовку выполняются студентом в отдельной тетради и проверяются преподавателем на очередном занятии

• ориентировочные основы действий для практической работы (ООД) необходимы студенту при выполнении практических работ. При самостоятельной подготовке, обсуждении на занятии и оформлении каждой практической работы необходимо выделять следующие узловые вопросы в предлагаемой последовательности:

1) Конечная цель работы.

2) Основные теоретические положения и закономерности, изучаемые в работе.

3) Последовательность этапов выполнения практической работы, их назначение и техника выполнения.

4) Схема лабораторной установки.

5) Полученные результаты и их обработка (таблицы, графики, уравнения, расчеты и т.п.)

6) Выводы, представляющие собой конечный итог работы и оценка его с позиций поставленных целей и ожидаемых результатов.

Все практические работы оформляются в отдельной тетради. Графики и диаграммы вычерчиваются на миллиметровой бумаге и вклеиваются в тетрадь.

IX. перечень знаний, навыков и умений, которыми студенты должны овладеть в результате изучения данной темы.

3. Примерные вопросы для итогового контроля знаний по дисциплине (к экзамену).

Часть I

ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Тематический план практических занятий по дисциплине физическая и коллоидная химия для студентов 2 курса фармацевтического факультета в осеннем семестре.

№ п/п	Тема занятия	Кол-во часов
1.	Предмет и задачи физической химии. Правила работы в лаборатории. Срез знаний.	3
2.	Первое и второе начала термодинамики. Характеристические функции, их изменение как критерий течения самопроизвольных процессов. Термодинамика химического равновесия.	3
3.	Кинетика реакций. Катализ. Ферментативный катализ. Фармакокинетика.	3
4.	Теории растворов. Протолитические равновесия в водных растворах слабых электролитов. Буферные системы. Свойства разбавленных растворов.	3
5.	Итоговое занятие: «Термодинамика. Кинетика. Свойства растворов».	3
6.	Правило фаз Гиббса. Основы физико-химического анализа. Диаграммы состояния однокомпонентных систем. Практическая работа: «Определение числа фаз и числа компонентов в различных системах».	3
7.	Ограниченная взаимная растворимость жидкостей. Практическая работа: «Построение диаграммы взаимной растворимости системы фенол-вода».	3
8.	Бинарные жидкие смеси с полной взаимной растворимостью. Практическая работа: «Определение концентрации спирта в настойках по температуре кипения».	3
9.	Законы Коновалова. Ректификация. Практическая работа: «Принципы построения диаграммы кипения азеотропной смеси».	3
10.	Фазовые равновесия в конденсированных системах. Практическая работа: «Построение диаграммы плавкости системы камфора-бензойная кислота».	3
11.	Закон распределения. Экстрагирование. Практическая работа: «Экстрагирование иода из водного раствора органическим растворителем».	3
12.	Итоговое занятие: «Фазовые равновесия. Методы разделения смесей на основе фазовых переходов».	3
13.	Электропроводность растворов электролитов.	3
14.	Кондуктометрия. Кондуктометрическое титрование. Практическая работа: «Кондуктометрическое определение степени и константы диссоциации слабого электролита».	3
15.	Электродный потенциал. Потенциометрия. Практическая работа: «Потенциометрическое определение рН раствора».	3
16.	Потенциометрическое титрование. Практическая работа: «Потенциометрическое титрование раствора соляной кислоты раствором гидроксида натрия».	3
17.	Полярография.	3
18.	Итоговое занятие: «Электрохимия».	3
19.	Зачетное занятие.	3
	Итого	57

”Физическая химия есть наука, объясняющая на основании положений и опытов физики то, что происходит в смешанных телах при химических операциях…”

М.В. Ломоносов, 1752 г.

З А Н Я Т И Е №1

ТЕМА: Предмет и задачи физической химии. ОРГАНИЗАЦИЯ УЧЕБНОГО ПРОЦЕССА НА КАФЕДРЕ. Правила работы в лаборатории. Срез знаний.

СПОСОБЫ ОБРАБОТКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО МАТЕРИАЛА

I. АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ

Выше приведенной цитате нашего великого соотечественника М.В. Ломоносова, основоположника многих наук, в том числе и физической химии, два с половиной столетия, но ее содержание справедливо и сегодня и определяет предмет физической химии.

Физическая химия является базовой дисциплиной, усвоение которой в значительной степени определяет становление высококвалифицированного фармацевта. Она способствует формированию научного мышления у студентов, создает теоретическую основу для изучения коллоидной химии, биохимии, фармацевтической технологии, фармакологии, фармакогнозии, токсикологической химии, а также физико-химических методов исследования и анализа биологически активных соединений. Знания, приобретаемые при изучении физической химии, необходимы в практической деятельности провизора в решении таких вопросов, как управление химическими реакциями и технологическими процессами; получение, выделение, очистка и исследование различных химических соединений, в первую очередь лекарственных; изучение физико-химических свойств отдельных лекарственных форм, механизма действия и метаболизма лекарственных препаратов. Одной из основных задач изучения физической химии на фармацевтическом факультете также является усвоение теории и практического использования физико-химических методов исследования.

При изучении теоретической части физической и коллоидной химии необходимо анализировать большой по объему и разнообразный по содержанию графический материал. Одним из самостоятельных разделов дисциплины является физико-химический анализ, который основывается на изучении свойств систем по геометрическому облику диаграмм состояния и графиков. Выполнение и оформление лабораторных работ на практических занятиях также предусматривает построение многих графиков, без которых, как правило, невозможно достижение конечной цели работы.

Наряду с общеизвестными принципами построения таблиц и графиков анализ графического материала в физической химии имеет свои особенности. Поэтому для последующего изучения предмета необходимо знать правила и способы графической обработки экспериментального материала, а также методы его статистической обработки.

Практические знания из области проведения и организации эксперимента, умения и навыки в области представления, обработки и статистического анализа результатов, несомненно будут востребованы в будущей практической и в исследовательской деятельности провизора.

II. ЦЕЛЬ ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ

1. Получить первоначальное представление о структуре предмета, задачах и методах физической химии.

2. Усвоить общие принципы построения таблиц и графиков.

3. Овладеть способами расчета погрешностей эксперимента.

III. ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ

1. Предмет и задачи физической химии.

2. История физической химии.

2. Методы физической химии.

3. Связь физической химии с другими науками. Место физической химии в подготовке специалистов, работающих в области фармации.

6. Правила работы в лаборатории.

7. Таблицы и графики: их назначение и правила построения.

8. Ошибки измерений и статистическая обработка опытных данных.

IV. РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Основная литература:

1. Физическая и коллоидная химия: учеб. для студентов, обучающихся по специальности 060108 (040500) – Фармация /под ред. А.П.Беляева.-М.:ГЭОТАР-Медиа,2008-2010.- .-701 с.: ил. Гриф УМО

2. Харитонов, Ю.А. Физическая химия: учеб. для студентов учреждений высш. проф. образования, обучающихся по специальности 060108.65 "Фармация" дисциплины "Физическая и коллоидная химия"/Ю.А.Харитонов .-М. :ГЭОТАР-Медиа,2009.-

Дополнительная литература:

3. Евстратова, К.И. Физическая и коллоидная химия: К.И.Евстратова, Н.А.Кунина, Е.Е.Малахова. – М. : Высш. Шк., 1990. – 487 с. Гриф МЗ СССР

4. Мушкамбаров, Н.Н. Физическая и коллоидная химия: для студ. медиц. вузов/Н.Н. Мушкамбаров.-М.:ГЭОТАР-МЕД, 2001.-384 с.:ил.-(ХХI век). Гриф МЗ РФ

5. Новиков, В.В. Анализ графического материала и решение

графических задач в курсе физической и коллоидной химии: Учебно-метод.пособие/В. В. Новиков; КГМУ .-Курск: КГМУ,2002.-32с.

6. Практикум по физической и коллоидной химии: учебное пособие для студентов фармацевтических ин-тов фармацевт. факультетов мед. вузов/ под ред. К.И. Евстратовой. - М.: Высш. шк., 1990. -255 с. : ил. Гриф МЗ СССР

7. Лекционный материал

8. Рекомендации по способам обработки экспериментального материала (см. приложение к занятию).

V. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Что составляет предмет и задачи физической химии?

2. Кого по праву можно считать основоположников физической химии?

3. Назовите фамилии выдающихся ученых (отечественных и зарубежных), внешний большой вклад в становлении физической химии как науки.

4. Какие методы исследования применяются в физической химии. В чем заключается их специфика?

5. Приведите примеры взаимосвязи физической химии с другими научными дисциплинами.

6. Какова роль физической химии для специалистов, работающих в сфере фармации.

7. Как разместить данные эксперимента в таблице?

8. Для чего нужны графики? В чем их преимущество по сравнению с таблицами?

9. Раскройте понятия «функция», «аргумент», «система координат».

10. Какую графическую интерперетацию будут иметь математические уравнения типа: y = ax, y = ax + b, y = ax^b

11. Приведите последовательность построения графиков.

12. Как правильно выбрать масштаб на графике размером 20х15 (вертикальная ориентация), если требуется отложить по оси х следующие значения концентраций: 010; 0,15; 0,20; 0,25; 0,30;0,35;0,40; 0,45; 0,50? Чему будет равна наименьшая цена деления?

13. Как провести кривую на поле графика по экспериментальным точкам?

14. Какие существуют виды погрешностей?

15. Какими причинами вызываются систематические и случайные ошибки анализа, грубые ошибки?

16. Как вычислить стандартное отклонение среднего результата?

17. Что характеризует коэффициент Стьюдента?

18. Чему равен доверительный интервал и что он характеризует?

19. Как можно обнаружить грубую ошибку (промах) с помощью методов математической статистики?

VI.ОБЯЗАТЕЛЬНЫЕ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЯ НА САМОПОДГОТОВКУ

Задание 1.

При определении при 25⁰С степени диссоциации масляной кислоты в растворах различной концентрации было установлено, что эквивалентная электрическая проводимость раствора ( ) с концентрацией (С) 0,015 моль/л равна 12,48 Ом ^-1 моль^-1 см²; с концентрацией 0,02 моль/л - 10,53 Ом ^–1 моль^-1 см²; а с концентрацией 0,01 моль/л - 15,2 Ом ^-1 моль^-1 см². Эквивалентная электрическая проводимость раствора масляной кислоты при бесконечном разведении (  ) равна 390,1 Ом ^-1 моль^-1 см².

1. Пользуясь формулой , рассчитайте степень диссоциации масляной кислоты в растворах разных концентраций.

2. Все величины, рассмотренные в задании, представьте в виде таблицы.

3. Сделайте вывод о зависимости степени диссоциации масляной кислоты от ее концентрации в растворе.

Задание 2.

При определении методом Ребиндера при 200 С поверхностного натяжения растворов изоамилового спирта различной концентрации было установлено, что для раствора с концентрацией (С) 0,04 моль/л пузырек воздуха через капилляр проскакивает при разнице в уровнях жидкости в коленах манометра (h) 37 мм, для раствора с концентрацией 0,06 моль/л - при 34 мм, а для воды - при 49 мм. Поверхностное натяжение для воды ( ) равно 72,75·10^-3 Н/м.

1. Пользуясь формулой , рассчитайте поверхностное натяжение растворов изоамилового спирта разных концентраций.

2. Все величины, рассмотренные в задании, представьте в виде таблицы.

3. Сделайте вывод о зависимости поверхностного натяжения концентрации изоамилового спирта в растворе.

Задание 3.

Построить график зависимости показателя преломления водных растворов глицерина от состава по следующим данным:

w, %	0	20	40	60	80	100
n	1,333	1,359	1,378	1,410	1,427	1,455

Определить по графику, используя прием интерполяции, состав водного раствора глицерина, если показатель преломления этого раствора n_х = 1,384.

Задание 4.

Построить график зависимости поверхностного натяжения водных растворов изоамилового спирта от концентрации спирта в растворе по следующим данным:

С, моль/л	, Н/м
0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,10	66,9 62,2 59,1 56,4 54,6 52,3 48,9 47,6 45,8 44,4

= 72,8 10^-3 Н/м.

Сделать вывод о характере изменения поверхностного натяжения водных растворов изоамилового спирта от его концентрации в растворе.

Задание 5. При потенциометрическом определении рН раствора были получены следующие значения: 4,05; 4,01; 4,03; 4,02; 4,05. Число определений n=5. Требуется определить характеристики точности измерения. (t_0,95,4 = 2,776)

VII. ПЕРЕЧЕНЬ ЗНАНИЙ, НАВЫКОВ И УМЕНИЙ, КОТОРЫМИ СТУДЕНТЫ ДОЛЖНЫ ОВЛАДЕТЬ В РЕЗУЛЬТАТЕ ИЗУЧЕНИЯ ДАННОЙ ТЕМЫ

Знания:

• цели и задачи физической химии, пути и способы их решения;

• современное состояние развития физической химии;

• роль и значение методов физической химии в фармации, профессиональной и исследовательской деятельности провизора;

Умения:

• табулировать экспериментальные данные, графически их представлять, интерполировать, экстраполировать для нахождения искомых величин;

• производить расчеты по результатам эксперимента, проводить статистическую обработку данных; формулировать выводы по результатам эксперимента;

Навыки:

• безопасной работы в химической лаборатории;

• правильного ведения документации: конспектирование литературы, оформление протоколов и лабораторного журнала;

• пользования табличной или иной информацией для количественных расчетов.

Приложение

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО СПОСОБАМ ОБРАБОТКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО

МАТЕРИАЛА

Выполнение лабораторных работ по физической и коллоидной химии направлено на решение различных задач, в том числе:

- проверку и практическое обоснование некоторых теоретических положений;

- выяснение особенностей в поведении и свойствах систем, их природы на основе определения зависимости между параметрами, характеризующими системы;

- приобретение навыка в практическом измерении величин, характеризующих системы.;

- усвоение теоретических основ физико-химических методов исследования;

- приобретение умения определять искомые в методе величины на основе непосредственно измеренных в опыте величин и использования соответствующих уравнений и графиков.