Элементы химической термодинамики и биоэнергетики

1. Взаимосвязь между процессами обмена веществ и энергии в организме. Химическая термодинамика как теоретическая основа биоэнергетики. Системы: изолированные, закрытые, открытые, гомогенные, гетерогенные. Примеры. Применение первого закона термодинамики к биосистемам. Калорийность некоторых пищевых продуктов.

2. Первый закон термодинамики. Внутренняя энергия. Изобарный и изохорный тепловые эффекты. Энтальпия.

3. Закон Гесса. Термохимические уравнения. Стандартные теплоты образования и сгорания веществ. Термохимические расчеты и их использование для энергетической характеристики биохимических процессов.

4. Второй закон термодинамики. Энтропия. Стандартные энтропии веществ. Энергия Гиббса.

5. Термодинамические условия равновесия. Критерии направления самопроизвольно протекающих процессов. Энтальпийный и энтропийный факторы. Экзо- и эндоорганические процессы в организмах. Гидролиз АТФ как универсальный источник энергии в организме. Принцип энергетического сопряжения.

6. Характеристика химического равновесия. Константа химического равновесия и способы её выражения: К_с, К_р, К_а. Примеры. Уравнение изотермы химической реакции.

7. Смещение химического равновесия при изменении температуры, давления и концентрации. Принцип Ле-Шателье. Примеры.

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КИНЕТИКИ БИОХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

1. Предмет химической кинетики. Химическая кинетика как основа для изучения скоростей и механизмов биохимических процессов. Реакции одностадийные (простые), многостадийные (сложные), гомогенные, гетерогенные. Примеры.

2. Скорость гомогенных химических реакций и методы её измерения. Закон действующих масс для скорости гомогенных и гетерогенных реакций. Константа скорости реакции, её определение.

3. Молекулярность и порядок реакции. Примеры.

4. Уравнения кинетики реакций 1-го, 2-го и нулевого порядка. Период полупревращения.

5. Зависимость скорости реакции от температуры. Температурный коэффициент скорости реакции и его особенности для биохимических процессов. Уравнение Аррениуса. Энергетические диаграммы экзо- и эндотермических реакций.

6. Энергия активации. Понятие о теории активных соударений и переходного состояния.

7. Понятие о кинетике сложных реакций: параллельных, последовательных, сопряженных, обратимых, цепных. Фотохимические реакции.

8. Механизм гомогенного и гетерогенного катализа. Энергетическая диаграмма каталитической реакции. Ферменты как биологические катализаторы, особенности их действия. Общая схема действия ферментов.

УЧЕНИЕ О РАСТВОРАХ

1. Растворы. Роль растворов в жизнедеятельности организмов. Вода как растворитель. Концентрация растворов и способы её выражения. Примеры.

2. Термодинамика растворения. Энтальпийный и энтропийный факторы растворения и их связь с механизмом растворения. Идеальные растворы.

3. Растворимость газов в жидкостях и её зависимость от различных факторов. Закон Генри и Дальтона. Влияние электролитов на растворимость газов: закон И.М.Сеченова. Растворимость газов в крови. Кессонная болезнь.

4. Давление насыщенного пара над раствором. Закон Рауля и следствия из него: понижение температуры замерзания и повышение температуры кипения растворов, зависимость их от концентрации раствора. Криометрия и эбулиометрия.

5. Осмос и осмотическое давление в растворах. Закон Вант-Гоффа. Гипо-, гипер-, и изотонические растворы. Осмометрия.

6. Коллигативные свойства разбавленных растворов электролитов. Изотонический коэффициент. Роль осмоса и осмотического давления в биологических системах. Плазмолиз и гемолиз.

7. Осмотическое давление растворов биополимеров. Уравнение Галлера. Полиэлектролиты. Изоэлектрическая точка и её определение. Онкотическое давление плазмы и сыворотки крови.

8. Элементы теории растворов слабых и сильных электролитов. Активность и коэффициент активности. Ионная сила растворов. Электролиты в организме человека.

9. Теории кислот и оснований. Протолитическая теория кислот и оснований. Молекулярные и ионные кислоты и основания, сопряженная протолитическая пара. Сила кислот и оснований. Константа ионизации слабого электролита. Закон разведения Оствальда.

10. Диссоциация воды. Ионное произведение воды. Водородный показатель (рН) как количественная мера активной кислотности и щелочности. Значения рН важнейших биологических жидкостей.

11. Типы протолитических реакций: реакции нейтрализации, гидролиза, ионизации. Константа гидролиза. Роль гидролиза в биохимических процессах.

12. Буферные системы. Емкость буферных растворов и факторы, определяющие её. Расчеты рН буферных систем. Уравнение Гендерсона – Гассельбаха.

13. Буферные системы, их классификация и механизм их действия.

14. Буферные системы крови: водородкарбонатная и гемоглобиновая буферные системы и механизм их действия.

15. Буферные системы крови: фосфатная и белковая буферные системы и механизм их действия.

16. Понятие о кислотно-щелочном равновесии крови и какие буферные системы их поддерживают, механизм действия одного из них. Ацидоз и алкалоз.

17. Устойчивость растворов биополимеров. Высаливание биополимеров из растворов. Застудневание растворов ВМВ и влияние различных факторов на этот процесс. Диффузия в студнях. Свойства студней.

18. Особенности растворения ВМВ. Структура и форма макромолекул. Механизм набухания. Влияние различных факторов на величину набухания.

19. Аномальная вязкость растворов ВМВ. Уравнение Штаудингера. Вязкость крови и других биологических жидкостей.

20. Гетерогенные равновесия – «насыщенный раствор» – осадок малорастворимого электролита. Константа растворимости (произведение растворимости) малорастворимого электролита. Условия образования и растворения осадков. Соединения кальция в костной ткани. Гетерогенные равновесия в жизнедеятельности организмов (образование гидрофосфатов кальция).

КОМПЛЕКСНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

1. Комплексные соединения. Координационная теория А.Вернера. Характеристика составных частей комплексных соединений. Классификация и номенклатура комплексных соединений. Комплексообразующая способность s-, p-, d-элементов.

2. Внутрикомплексные соединения (хелаты). Образование и диссоциация комплексных соединений. Константы нестойкости и устойчивости комплексов. Примеры.

3. Реакции комплексообразования ионов железа, кобальта, никеля, их биологическая роль. Комплексная природа гемоглобина. Биолиганды.

4. Комплексные соединения с биолигандами. Применение реакций комплексообразования в медицине, трилон Б и др..

ФИЗИКО-ХИМИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ ЯВЛЕНИЙ

1. Поверхностные явления и их значение в биологии и медицине. Поверхностно-активные и поверхностно-неактивные вещества. Примеры.

2. Поверхностная энергия и поверхностное натяжение. Изотерма поверхностного натяжения. Поверхностная активность. Правило Дюкло-Траубе.

3. Адсорбция на границе раздела фаз жидкость – газ и жидкость – жидкость. Уравнение Гиббса. Ориентация молекул в поверхностном слое и структура биологических мембран.

4. Адсорбция на границе раздела твердое тело – газ и твердое тело – жидкость (раствор). Мономолекулярная и полимолекулярная адсорбция. Уравнение Лэнгмюра и уравнение Фрейндлиха. Хемосорбция.

5. Адсорбция сильных электролитов: эквивалентная, избирательная, ионообменная. Иониты и их применение в медицине.

6. Хроматография. Классификация хроматографических методов. Применение хроматографии для разделения веществ (на примере лабораторной работы) и в медико – биологических исследованиях.

ФИЗИКО-ХИМИЯ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ

1. Дисперсные системы, их классификация по степени дисперсности, по агрегатному состоянию фаз и силой взаимодействия между фазами. Коллоидные растворы. Методы получения коллоидных растворов. Примеры.

2. Очистка коллоидных растворов. Фильтрация, диализ, электродиализ, ультрафильтрация.

3. Молекулярно-кинетические свойства коллоидных растворов: броуновское движение, диффузия, осмотическое давление. Ультрацентрифугирование.

4. Оптические свойства коллоидных систем: светорассеяние (уравнение Релея). Эффект Фарадея-Тиндаля.

5. Механизм возникновения электрического заряда коллоидных частиц. Строение двойного электрического слоя коллоидной частицы. Мицелла, ядро, гранула.

6. Электрокинетические явления. Электрофорез и электроосмос, потенциал протекания и потенциал седиментации.

7. Кинетическая и агрегативная устойчивость коллоидных растворов. Коагуляция.

8. Коагуляция. Медленная и быстрая коагуляция. Порог коагуляции. Коагуляция. Правило Шульце-Гарди. Явление привыкания.

9. Взаимная коагуляция. Процессы коагуляции при очистке воды. Коллоидная защита. Пептизация. Значение этих явлений в медицине.

10. Аэрозоли. Туманы, пыли, смоги. Особенности электрокинетических свойств аэрозолей. Использование аэрозолей в медицине. Аэрозоли как причина возникновения заболевания легких (силикоз, антракоз и др.).

11. Суспензии, способы получения. Молекулярно-кинетические и оптические свойства по сравнению с коллоидными растворами. Устойчивость суспензий и применение в медицине.

12. Эмульсии. Методы получения и свойства. Устойчивость эмульсий. Эмульгаторы их природа и механизм действия. Типы эмульсий. Эмульсия как лекарственная форма.

13. Коллоидные ПАВ: мыла, детергенты. Мицеллообразование в растворах коллоидных ПАВ. Критическая концентрация мицеллообразования. Явление солюбилизации. Липосомы.

ЭЛЕКТРОХИМИЯ И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ В БИОЛОГИИ И МЕДИЦИНЕ

1. Жидкости и ткани организма как проводники второго рода. Удельная и эквивалентная электропроводности, их изменение с концентрацией раствора. Эквивалентная электропроводность при бесконечном разведении. Абсолютная скорость движения и подвижность ионов. Закон Кольрауша.

2. Кондуктометрия. Кондуктометрическое титрование, его сущность и использование в количественном анализе и медико-биологических исследованиях. Электрическая проводимость биологических жидкостей и тканей в норме и патологии.

3. Потенциометрия. Измерение электродных потенциалов. Хлорсеребряный электрод, стеклянный электроды; ионоселективные электроды. Потенциометрическое титрование и его использование в количественном анализе и медико-биологических исследованиях (рН–метрия).

4. Электродные и окислительно-восстановительные (ОВ) потенциалы. Механизм возникновения электродных и ОВ-потенциалов. Уравнение Нернста, расчет ЭДС и уравнение Петерса.

ОСНОВЫ КОЛИЧЕСТВЕННОГО АНАЛИЗА. ТИТРИМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ И ПРИМЕНЕНИЕ ЕГО В МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ

1. Количественный анализ. Титриметрический анализ. Расчеты в объемно-аналитических исследованиях. Рабочие растворы. Закон эквивалентов. Точка эквивалентности и способы её фиксирования. Титрование. Применение титриметрического анализа в лабораторной работе.

2. Приготовление рабочих титрованных растворов и проверка их концентрации (на примере лабораторной работы «Приготовление раствора тетрабората натрия и проверка его концентрации по HCl»).

3. Ациди- и алкалиметрия, сущность метода кислотно-основного титрования. Кислотно-основные индикаторы, выбор индикатора. Применение метода нейтрализации и медицинской и санитарно-гигиенической практике.

4. Оксидиметрия: пермагнаганатометрия и йодометрия, сущность методов, индикаторы, рабочие растворы (на примере лабораторной работы), использование в клинической и санитарно-гигиенических исследованиях.

ХИМИЯ БИОГЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

1. Учение В.И.Вернадского о биосфере. Макро- и микроэлементы в окружающей среде и в организме человека. Связь эндемических заболеваний с особенностями биохимических провинций. Топография важнейших биогенных элементов в организме человека.

2. Химия элементов s-блока. Электронные структуры атомов и катионов. Изменение в группах величин радиусов атомов и ионов, потенциала ионизации. Сравнение свойств простых веществ, ионов и соединений элементов IA и IIA групп. Биологическая роль натрия, калия, магния, кальция. Токсичность бериллия и бария.

3. Химия элементов d-блока. Общая характеристика d-элементов. Характерные особенности d-элементов: переменные степени окисления, образование комплексов. КО и ОВ свойства соединений d-элементов в разных степенях окисления. Биологическая роль d-элементов. Бактерицидное действие, токсичность ряда d-элементов и их соединений.

4. Химия элементов р-блока. Общая характеристика р-элементов. КО и ОВ свойства важнейших соединений р-элементов в различных степенях окисления. Биологическая роль р-элементов (углерода, азота, фосфора, кислорода, серы, фтора, хлора, брома, йода и др.) и применение их соединений в медицине.

СТРОЕНИЕ АТОМОВ, ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ И СТРОЕНИЕ МОЛЕКУЛ

1. Квантово-механические представления о строении атомов. Характеристика энергетического состояния электрона системой квантовых чисел (главное квантовое и орбитальное).
2. Характеристика энергетического состояния электрона системой квантовых чисел (главное, орбитальное, магнитное, спиновое).
3. Порядок заполнения электронами энергетических уровней, подуровней, орбиталей в атоме. Принцип Паули, наименьшей энергии и правило Хунда. Примеры.
4. Периодический закон и периодическая система Д.И.Менделеева в свете квантово-механической теории строения атомов, s-, p-, d и f-блоки элементов.
5. Химическая связь. Понятие о методе валентных связей. Основные характеристики химической связи: энергия, длина, направленность, полярность молекул. Валентность и максимальная ковалентность атомов.
6. Понятие о гибридизации атомных орбиталей. Примеры с участием разных атомных орбиталей. Геометрия молекул. Дипольные моменты и полярность молекул.
7. Представление о методе молекулярных орбиталей (ММО). Связывающие и разрыхляющие МО. Энергетические схемы образования МО двухатомных гомоядерных молекул элементов первого периода ПСЭ.
8. Межмолекулярные взаимодействия. Водородная связь.

Перечень вопросов для проведения экзамена по практическим навыкам у студентов по общей химии

(для студентов 1-го курса лечебного факультета)

1.Приготовление растворов заданной концентрации (массовая доля) из твердого вещества и растворителя, разбавлением исходного раствора и проверка их концентрации плотности полученных растворов.

2.Получение комплексных соединений (КС): подобрать реактивы, провести реакции, составить их уравнения, назвать КС и записать выражения константы нестойкости и константы устойчивости.

3.Получение коллоидных растворов на основе химических реакций, указать стабилизатор, написать формулу мицеллы, указать её составные части и передвижение в электрическом поле.

4.Расчеты для приготовления растворов с разными концентрациями (массовая доля, молярная, моляльная, нормальная молярная концентрация эквивалента вещества).

5.Определение содержания вещества (нормальной концентрации, титра, массы) в исследуемом объекте (твердый порошок, раствор) методом титрования.

6. Получение буферных растворов, объяснение механизма их действия; расчеты рН, рОН, концентрации ионов гидроксида и водорода.