1

FIŞA DISCIPLINEI

Universitatea Universitatea de Medicină şi Farmacie „V. Babeş” Timişoara

Facultatea Facultatea de Farmacie Timişoara

Specializarea Farmacie I.

Denumire disciplină Chimie fizică II.

Structură disciplină (Nr. ore săptămânal)

Cod disciplină Semestrul Categoria

Credite Curs Seminar Laborator Proiect F05CHFI 3 DF 5 2 (15 săpt) 2 (15 săpt)

F05CHFI 4 DF 5 2 (15 săpt) 2 (15 săpt)

III.

Statut disciplină Obligatorie Opţională Facultativă

(se marchează cu x) X IV.

Titular disciplină

Curs (RO) Curs (FR) Seminar Laborator

(RO)

Laborator (FR) Proiect

Numele şi prenumele Kurunczi

Ludovic

Simu

Georgeta

Ledeţi Ionuţ Simu

Georgeta

Instituţia UMF V.

Babeş Tmş

UMF V.

Babeş Tmş

UMF V.

Babeş Tmş

UMF V.

Babeş Tmş

Catedră/Departament Farmacie I Farmacie I Farmacie I Farmacie I

Titlul ştiinţific PhD PhD doctorand PhD

Gradul didactic Profesor Conferenţiar preparator Conferenţiar

Încadrarea (norma de

bază/asociat) Norma de

bază

Norma de

bază

Norma de

bază

Norma de

bază

Vârsta 63 46 25 46 V.

Obiectivele disciplinei

Axarea cunoştinţelor acumulate pe cele utile înţelegerii disciplinelor de specialitate şi complementare

farmaceutice: înţelegerea termodinamicii de bază referitoare la transformările de fază, constante de echilibru,

potenţial chimic, căldură de reacţie, a importanţei legăturilor chimice şi a structurii în determinarea proprietăţilor

fizice (polaritate, stări de agregare, etc) şi chimice, a apariţiei şi folosirii spectrelor, a soluţiilor de electroliţi şi

neelectroliţi,, a semnificaţiei pH-ului şi a utilizării soluţiilor tampon, a cineticii chimice de bază şi a reacţiilor

enzimatice, a proprietăţilor interfazice şi de adsorbţie, a preparării şi proprietăţilor coloizilor şi suspensiilor,

precum şi a elementelor de bază ale radiochimiei VI.

Conţinutul disciplinei Nr. ore/săpt.

VI.1. Curs (capitole/subcapitole)

Semestrul 3

1. Termodinamica clasică

1.1. Noţiuni de bază:

Sistem termodinamic, stare sistem termodinamic, variabile şi funcţii de stare

Echilibru şi reversibilitate termodinamică

Energia şi schimburi energetice, calculul lucrului (mecanic) şi al căldurii

2/1

Postulatele termodinamicii şi temperatura

Convenţii în termodinamică, mărimi parţial molare 1/2

1.2. Principiile termodinamicii:

Principiul întâi, capacităţi calorice molare

1/2

Principiul al doilea şi spontaneitatea, entropia

Principiul al treilea şi entropia absolută 1/3

2

1.3. Funcţii termodinamice şi potenţialul chimic:

Necesitatea identificării unui criteriu de spontaneitate

Entalpia, entalpia liberă, potenţialul chimic

1/3

Influenţa p asupra G, activitatea

Aproximaţii utilizate pentru activitate şi stări standard 0,5/4

1.4. Echilibre fizice: consecinţa egalităţii potenţialelor chimice ale fazelor şi componentelor

Echilibrul fazelor, regula fazelor (aplicare la diagrama de fază a apei, analiza acesteia,

liofilizarea)

1.4.1. Sisteme cu un component:

Echilibrul lichid – vapori (fierbere, condensare, evaporare, umiditatea aerului)

1,5/4

Trecerea lichid – gaz în general (ecuaţia van der Waals)

Echilibrul solid – lichid şi solid – gaz.

1.4.2. Sisteme cu două (mai multe) componente:

Termodinamica (spontaneitatea) amestecării

Echilibre de solubilitate (dizolvarea gazelor, neelectroliţilor)

2/5

Echilibre de solubilitate (dizolvarea electroliţilor)

Echilibre de partiţie

Echilibre soluţie solvent pentru soluţii diluate (legea I Raoult, ebulioscopie, crioscopie, osmoză,

fenomenul de membrană Donnan)

2/6

Echilibre soluţie solvent pentru soluţii diluate (fenomenul de membrană Donnan)

Echilibre binare lichid – vapori (distilarea fracţionată, azeotrop)

Echilibre binare lichid – solid (eutectic, cristalizarea din soluţii)

2/7

1.5. Echilibre chimice: consecinţă a egalităţii potenţialelor chimice ale reactanţilor şi produşilor

Izoterma de reacţie, legea acţiunii maselor, starea de echilibru reacţii, constanta de echilibru

Sensul şi limitele evoluţiei pentru reacţie, efectul temperaturii asupra echilibrului de reacţie

Calculul echilibrelor chimice: determinarea şi calculul constantei de echilibru, legea lui Hess şi

entalpia standard de formare

2/8

Entalpia şi entropia de reacţie: în condiţii standard şi efectul temperaturii asupra acestor mărimi

Echilibre chimice în soluţie.

Aplicaţii: starea standard în biochimie; legarea liganzilor de receptori; procese exergonice,

endergonice, cuplate în organismul viu (afinităţi chimice)

2/9

2. Elemente de termodinamică statistică

Caracteristici generale, energia particulelor

Distribuţia Boltzmann: probabilitate termodinamică, expresia distribuţiei, consecinţe:

interpretare, popularea nivelelor excitate

2/10

Gradele de libertate şi echipartiţia energiei, capacităţi calorice molare în termodinamica

statistică

Entropia în termodinamica statistică: formula, aplicaţii şi corelarea cu termodinamica clasica;

aplicaţii în farmacie

1/11

3. Structura materiei

3.1. Mecanică cuantică:

Noţiunile de probabilitate de prezenţă, funcţie de undă

1/11

Ecuaţia Schrödinger: valori proprii (stări energetice) şi funcţii proprii pentru atomul de

hidrogen, orbitali atomici H, cazul atomilor superiori

Aplicaţii: principiul aufbau, formarea ionilor, electronegativitatea; stabilitatea combinaţiilor

complexe ale metalelor tranziţionale

2/12

3.2. Cazul moleculelor – LCAO:

Generalităţi despre legătura chimică, molecula de hidrogen: orbitali lianţi – antilianţi, nivele

energetice molecule

Legături chimice: hibridizare orbitali atomici, sigma şi pi, legături multiple, posibilitatea

conjugării

Originea polarităţii legăturii, diferenţa de electronegativitate, consecinţe: momente de dipol

electric de legătură

2/13

3

3.3. Geometria moleculelor:

Modalităţi de descriere – coordonate carteziene, coordonate interne

Modelul VSEPR pentru orientarea legăturilor în jurul unui atom

Orientarea legăturilor pentru doi atomi vecini, stereoizomeria

Consecinţe pentru farmacist

Metode de determinarea experimentală a structurii geometrice (tridemensionale) a moleculelor

2/14

3.4. Forţe intermoleculare:

Forţele van der Waals (Keesom, Debye, London), tărie, potenţialul Lennard-Jones

Legătura de hidrogen – originea, tărie

Interacţiunea hidrofobă – originea, tărie

Alte tipuri de interacţiuni intermoleculare

Consecinţe pentru farmacist

2/15

Semestrul 4

4. Spectroscopia moleculară

4.1. Proprietăţi electrice şi magnetice ale moleculelor:

Acţiunea câmpului electric şi magnetic asupra materiei

Polarizaţia molară şi moment de dipol molecular

Diamagnetism, paramagnetism (stări singlet şi triplet), feromagnetism

Structura şi proprietăţi electrice şi magnetice. Aplicaţii în farmacie

2/1

4.2. Spectroscopia moleculară de absorbţie:

Legea lui Lambert – Beer şi analiza spectrală

Cuantificarea energiei baza spectroscopiei, diferenţe energetice între nivele pentru rotaţie,

vibraţie, electronice şi compararea ordinului de mărime a acestora - consecinţe

Explicarea apariţiei spectrelor de rotaţie, de vibraţie, Raman, electronice pentru cazul simplu al

molecule diatomice – reguli de selecţie, condiţia apariţiei diferitelor tipuri de spectre

2/2

Generalizare la molecule poliatomice şi efectul stării de agregare, solventului, ...

Aplicaţiile spectroscopiei de absorbţie în farmacie 1/3

4.3. Fenomene în stări excitate:

Fluorescenţa, fosforescenţa – originea şi caracteristici, tranziţii neradiative şi reacţii fotochimice

Aplicaţiile fotochimiei în farmacie. Reacţii fotochimice medicamente.

1/3

4.4. Spectroscopia RMN şi RES:

Rezonanţă magnetică nucleară: nucleul izolat, nucleul înconjurat cu electronii săi, nucleul supus

acţiunii nucleelor vecine

Rezonanţa electronică de spin

Aplicaţii RMN, RES în farmacie

2/4

5. Stări de agregare

5.1. Starea gazoasă:

Descriere generală, energia cinetică şi vitezele medii la gaze

Distribuţia Maxwell – Boltzmann şi interpretare

Ciocniri intermoleculare, liber parcurs mediu

1/5

5.2. Starea solidă:

Caracterizarea generală, tipuri de organizare solide

1/5

Cristale reale (defecte cristaline)

Polimorfismul şi importanţa în farmacie 1/6

5.3. Starea lichidă:

Generalităţi, viscozitatea lichidelor

Cristale lichide, structura membranelor biologice

1/6

6. Electrochimie

6.1. Disociaţia electrolitică:

Disocierea electroliţilor şi grad de disociere

Formarea soluţiilor de electroliţi

1/7

4

Cristalizarea electroliţilor: solvaţi, cristalohidraţi, higroscopicitate, delicvescenţă, eflorescenţă,

importanţa în farmacie

Conductibilitatea electrică a soluţiilor de electroliţi

6.2. Reacţii acido – bazice în mediu apos:

Recapitularea noţiunilor acizi – baze, tăria lor (constanta de aciditate).

Nivelarea acidităţii. Diferenţa între noţiunea pH şi pKa

Soluţii tampon: forma ionică a medicamentelor în sânge, sarcina amfoliţilor (proteine)

1/7

6.3. Reacţii de oxido – reducere:

Fenomenul şi nomenclatura corectă în domeniu

Celula electrochimică, potenţiale de electrod şi utilizarea acestora în farmacie (antioxidanţi)

Tipuri de electrod, potenţial de difuziune, pile de concentraţie (electrozi ion – specifici).

Aplicaţii: reacţii de degradare redox la medicamente, oxidarea în biologie (fosforilarea

oxidativă), transportul transmembranar, bioelectrogeneză

2/8

7. Cinetica chimică

7.1. Cinetica formală:

Definiţia vitezei de reacţie, măsurători cinetice, legea vitezei

Reacţii de ordinul zero, unu şi doi, stabilirea ordinului de reacţie, aplicaţii în farmacie

Reacţii elementare şi complexe: definiţii (molecularitatea)

Reacţii succesive şi aplicaţii în farmacie (modelul cu un compartiment)

Reacţii cu preechilibru, reacţii enzimatice (modelul Michaelis –Menten)

2/9

Variaţia vitezei cu temperatura (relaţia empirică a lui Arhenius) şi aplicaţii în farmacie 1/10

7.2. Elemente de teoria cineticii:

Teoria ciocnirilor şi aplicarea la reacţii monomoleculare

Teoria complexului activat – explicarea relaţiei lui Arhenius

0,5/10

7.3. Cataliza:

Mecanismul catalizei, caracteristicile acţiunii catalitice

Cataliza: omogenă, eterogenă, enzimatică

0,5/10

8. Sisteme disperse, coloizi, fenomene superficiale

8.1. Sisteme disperse:

Definiţie, clasificare, metode generale de preparare, purificare, concentrare

0,75/11

8.2. Proprietăţi sisteme disperse:

Cinetice (mişcare browniană, sedimentare, centrifugare); mecanice (elemente de reologie, tipuri

de curgere)

Optice (efect Tyndall, opalescenţa, nefelometria, ultramicroscopia)

Structura particulelor (pentru coloizi liofobi şi liofili)

Superficiale (tensiunea superficială şi interfacială)

1,25/11

Electrice (potenţialul zeta, electroosmoza, potenţial de curgere, electroforeza, potenţial de

sedimentare)

Stabilitatea sistemelor disperse (la sedimentare, agregativă – coagulare, floculare, peptizare)

1/12

8.3. Proprietăţi superficiale:

La lichide pure (udarea suprafeţelor, fenomene capilare, distilare izotermă). Aplicarea udării în

farmacie.

1/12

Adsorbţia la interfeţe (adsorbţia specifică, cantitatea Gibbs): gaz – soluţie (izoterma Gibbs,

ecuaţia Sishkovski, regula Traube – Duclaux), gaz – solid (izotermele Langmuir, BET), solvat –

solid (izoterma Langmuir, regula Paneth – Fajans, schimbători de ioni) Surfactanţi: definiţie,

clasificare, exemple

HLB, HLB critic, micelare, CCM, punct Kraft; solubilizare micelară, aplicaţii în farmacie

2/13

8.4. Sisteme microheterogene:

Emulsiile: clasificare, tipuri emulgatori, cremare, sedimentare, floculare, coalescenţă, inversare

Suspensiile: comparare cu coloizii, analiza sedimentării, sediment floculat şi defloculat

Aerosoli; spume; geluri

2/14

9. Elemente de radiochimie

Generalităţi despre radioactivitate, tipuri de dezintegrări şi radiaţii

Caracterizarea radionuclizilor: timp de înjumătăţire, constanta de dezintegrare, radioctivitatea

2/15

5

specifică, puritate chimică, radionuclidică şi radiochimică

Metode de determinare: radioactivitate, puritate radionuclidică şi radiochimică

Radiomarcarea substanţelor şi aplicarea lor în farmacie

VI.2. Lucrări de laborator

Semestrul 3

1. Protecţia muncii şi norme PSI în laboratorul de chimie fizică. Formarea microgrupelor de

lucru pentru circuit lucrări practice 2/1

2. Seminar: recapitulare noţiuni de matematică şi unităţi de măsură 2/2

3. Prelucrarea statistică a datelor experimentale: inclusiv exerciţii 2/3

4. Tehnici experimentale abordate în semestrul 3 - seminar 2/4

5. Mărimi parţial molare: volume parţial molare pentru sistemul NaCl – apă

6. Determinarea masei moleculare prin metoda crioscopică

7. Partiţia unei substanţe solubile între doi solvenţi nemiscibili şi verficarea legii de

distribuţie a lui Nernst (acidul benzoic în sistemul apă-benzen) 8. Determinarea punctului critic de solubilitate la amestecul binar fenol – apă

8/5, 6, 7, 8

(circuit)

9. Seminar: probleme aplicative la curs (principiile termodinamicii, echilibre fizice) 2/9

10. Calorimetrie: călduri de dizolvare, călduri de hidratare (sulfat de cupru)

11. Indicele de refracţie al substanţelor: refractometrele Abbe şi Pulfrich. Refracţia

molară

12. Stereochimie: substanţe optic active, rotaţia planului luminii polarizate, polarimetrul

POLAX-L (măsurători pentru zaharoza)

6/10, 11, 12

(circuit)

13. Seminar: probleme aplicative la curs (echilibre chimice, structura electronică a atomului,

polarităţi legătură) 2/13

14. Şedinţă recapitulare tehnici experimentale abordate în semestrul 3 2/14

15. Colocviu lucrări practice 2/15

Semestrul 4

1. Protecţia muncii şi norme PSI în laboratorul de chimie fizică. Formarea microgrupelor de

lucru 2/1

2. Seminar: trasarea graficelor, ecuaţia liniară, ecuaţia cuadratică, relaţii logaritmice 2/2

3. Calculul vectorial al momentului electric permanent molecular (apă, CCl4, o-, m-, şi

p- diclorbenzen). Stabilirea ordinii polarităţii.

2/3

4. Tehnici experimentale abordate în semestrul 4 - seminar 2/4

4. Polarizaţia molară şi dipolmomentul electric permanent: determinarea momentului dipolar

pentru nitrobenzen

5. Spectre moleculare în mediu condensat: spectre electronice (VIS), legea Lambert – Beer,

spectrometrul monofascicul (Jenway)

6. Spectrofotometria UV-VIS în determinări cantitative, spectrometrul bifascicul comandat de

calculator (Cecil)

7. Conductometrie: conductometrul Jenway, determinarea constantei de disociere a unui acid

slab (acid acetic)

8/5, 6, 7, 8

(circuit)

8. Seminar: probleme aplicative la curs (spectroscopie, stări de agregare, electrochimie, reacţii

de oxidare - reducere) 2/9

9. Conductometrie: titrarea conductometrică a unui amestec de acizi (acid clorhidric – acid

acetic)

10. Cinetica reacţii ireversibile de ordinul I: studiul descompunerii apei oxigenate în cataliză

omogenă

11. Cinetica reacţii reversibile: studiul polarimetric a mutarotaţiei glucozei

12. Sisteme disperse: pragul de coagulare şi influenţa sarcinii ionilor

8/10, 11, 12, 13

(circuit)

14. Şedinţă recapitulare tehnici experimentale abordate în semestrul 4 2/14

15. Colocviu lucrări practice 2/15 VII.

Bibliografie

1. Versiune tipărită şi fişiere *.pdf cu slide-urile folosite la predarea materiei (disponibile la disciplină)

6

2. Kurunczi, L., Curs de chimie fizică şi coloidală pentru farmacişti, Editura Mirton, Timişoara, 2000

(disponibilă la biblioteca UMF V. Babeş Tmş)

3. Kurunczi, L., Simon, Z., Compendiu de chimie fizică pentru farmacie (notiţe de curs), UMF Timişoara,

1993/1994 (disponibilă la biblioteca UMF V. Babeş Tmş)

4. Simu, Georgeta Maria, Ledeţi, I. V., Lucrări practice şi probleme de chimie fizică pentru farmacişti, Lito

UMF Timişoara, 2008 (disponibilă la biblioteca UMF V. Babeş Tmş)

5. Cădariu, I., Chimie fizică. Structura atomului şi moleculei, Editura Tehnică, Bucureşti, 1967 (disponibilă la

disciplină)

6. Oniciu, L., Zsako, I., Chimie fizică. Stările de agregare şi termodinamică chimică, Editura Tehnică, Bucureşti,

1968 (disponibilă la disciplină)

7. Niac, G., Schonberger, E., Chimie fizică. Electrochimia. Chimia suprafeţelor. Cinetica chimică, Editura

Tehnică, Bucureşti, 1970 (disponibilă la disciplină)

8. Kim, Ch-j., Advanced Pharmaceutics. Physicochemical Principles., CRC PRress, Boca Raton, 2004

(disponibilă la disciplină)

9. Connors, K. A., Theromdynamics of Pharmaceutical Systems. An introduction for Students of Pharmacy.,

Wiley-Interscience, Hoboken, 2002 (disponibilă la disciplină)

10. Sinko, P. J., Martin’s Physical Pharmacy and Pharmaceutical Sciences, Physical Chemical and

Biopharmaceutical Principles in the Pharmaceutical Sciences, Fifth Edition, Lippincott Williams & Wilkins,

Philadelphia, 2006 (disponibilă la disciplină) VIII.

Modul de transmitere a informatiilor

Forme de activitate Metode didactice folosite

Curs - prezentare imagini (slide-uri PowerPoint) – interactiv cu sala

- prezentarea noţiunilor noi deduse pe baza noţiunilor abordate anterior

- în timpul cursului se prezintă probleme aplicative din farmacie – interactiv cu sala

Laborator - lucrările experimentale prezentate sub formă de referate (vezi referinţa bibliografică 4) se

execută pe microgrupe (2 - 4 studenţi) în circuit (trei sau patru lucrări montate paralel)

- referatele de laborator conţin o introducere care prezintă pe scurt teoria aferentă

- studenţii prezintă rezultatele de laborator într-un „caiet” sub o formă tipizată în mod

unic pentru toate lucrările

IX.

Evaluare

Forme de

activitate

Evaluare % din nota

finală

Examen,

colocviu,

verificare

periodică

Examen:

scris, cu două subiecte referitoare la noţiunile expuse la curs şi două

subiecte aplicative legate de aplicaţiile în farmacie

(atunci când este posibil, se dă un test pe parcursul semestrului din

aplicaţii ale noţiunilor abordate la curs: un test rezolvat perfect valorează

8% din cele 80 % din nota finală)

- cunoştinţe pentru nota 5: 35 ÷ 40% din fiecare subiect în parte rezolvat

- cunoştinţe pentru nota 10: toate subiectele rezolvate 100 %

80%

Laborator Colocviu de laborator:

a) la fiecare laborator aplicativ studentul dă un minitest de 5 minute (în

scris) privind lucrarea executată în ziua respectivă – testul obţine o notă

(între 4 – 10), media notelor astfel obţinute constituie o componentă a

calificativului de laborator

b) la seminariile aplicative din cadrul laboratorului de asemenea studentul

primeşte o notă pentru activitate (între 4 – 10), media notelor astfel

obţinute constituie o componentă a calificativului de laborator

b) caietul de lucru cu rezultatele obţinute la este notat cu un calificativ

între 4 – 10

c) în ziua colocviului studentul demonstrează oral cunoaşterea unei

lucrări practice de laborator, obţinând o notă între 4 – 10

calificativul final al colocviului se obţine ca medie a celor patru tipuri de

20%

7

note obţinute

nepromovarea colocviului de laborator (media 4) elimină studentul de la

participarea la examenul aferent cursului

- cunoştinţe pentru nota 5: nota rezultă din medie

- cunoştinţe pentru nota 10: nota rezultă din medie

Abilităţi dobândite de student:

- va clarifica consecinţele principiilor termodinamicii, ca funcţiile termodinamice şi în principal spontaneitatea

- va înţelege principalele echilibre fizice importante pentru farmacist: transformările dintr-o stare de agregare în

alta, solubilitatea, partiţia şi consecinţele acestora

- va fi conştient de importanţa fenomenelor coligative pentru farmacişti, în special osmoza şi fenomenul de

membrană Donnan

- va putea interpreta echilibrele chimice şi constanta de echilibru în principalele aplicaţii farmaceutice: reacţii,

interacţiuni necovalente (complex host – guest, receptor – ligand, ...)

- va conştientiza noţiuni importante pentru proprietăţile medicamentelor, ca electronegativitatea atomică şi ca

urmare polaritatea de legătură şi a unei molecule, tipurile şi originea interacţiunilor intermoleculare şi

consecinţele acestora asupra stării de agregare (tipurilor de solide, caracteristicile stării lichide), solubilităţii,

legării medicamentului de receptor, ...

- va înţelege importanţa structurii tridimensionale a medicamentului

- va acumula noţiunile de bază pentru înţelegerea utilizării metodelor spectroscopice în analiza şi controlul

medicamentului

- va fi capabil să diferenţieze între pH şi pKa, folosindu-le corect în studiul comportării medicamentului

- va dobândi cunoştinţele necesare despre potenţialul de oxidoreducere pentru a înţelege reacţiile de degradare

oxidativă a medicamentelor şi utilizarea antioxidanţilor stabilizatori

- va acumula noţiunile de cinetică necesare pentru înţelegerea reacţiilor enzimatice, stabilirii termenului de

valabilitate medicament, studiul farmacocineticii, ...

- va cunoaşte tipurile principale de sisteme disperse folosite în farmacie, proprietăţile importante ale acestora, în

special referitor la stabilitatea lor

- va cunoaşte noţiunile de bază importante în prepararea sistemelor disperse, ca HLB, HLB critic, CCM, etc

- va afla noţiuni elementare despre aspectele de radiochimie necesare farmacistului

- va lua contact cu aspecte practice ale utilizării unor tehnici de măsurare fizico-chimică folosite frecvent în

ştiinţele farmaceutice

Data: Titular curs,

1 octombrie 2009 Prof. Dr. Ludovic Kurunczi