Fizykochemia granic faz w układach biologicznych

Znajomość podstaw chemii ogólnej, nieorganicznej, fizycznej, analitycznej, krystalografii.

Godziny kontaktowe (z udziałem nauczyciela akademickiego)

Wykład - 30 h

Laboratorium - 30 h

Łączna liczba godzin z udziałem nauczyciela akademickiego - 60 h

Liczba punktów ECTS z udziałem nauczyciela akademickiego - 2

Godziny niekontaktowe (praca własna studenta)

Przygotowanie się do laboratorium - 15 h

Studiowanie literatury - 10 h

Wykonanie sprawozdań z wykonanych ćwiczeń - 15 h

Przygotowanie do zaliczenia i udział w zaliczeniu ćwiczeń - 10 h

Przygotowanie się do egzaminu - 10 h

Łączna liczba godzin nie kontaktowych - 60 h

Liczba punktów ECTS za godziny nie kontaktowe - 2

Sumaryczna liczba punktów ECTS dla modułu - 4

Na podstawie Uchwały Senatu UMCS Nr XXII - 39.9/12 z dnia 25 kwietnia 2012 r. tj. od cyklu kształcenia 2012/2013

W1, W2, W3, W4: wykład - egzamin pisemny, laboratorium - pytanie ustne, kolokwia pisemne

W5: laboratorium – wykonanie ćwiczeń zgodnie z zasadami BHB

U1, U2, U3: wykład - egzamin pisemny, laboratorium - pytanie ustne, kolokwia pisemne

U4: laboratorium - opracowania pisemne

K1: wykład - egzamin pisemny, wykonywanie ćwiczeń w grupie 2 osobowej

K2: laboratorium - wykonanie ćwiczeń w grupie 2 osobowej

K3: wykład - egzamin pisemny, laboratorium - pytanie ustne, opracowania pisemne

K4: laboratorium - rozmowa

Na podstawie Uchwały Senatu UMCS Nr XXIV–8.4/17 z dnia 28 czerwca 2017 r. tj. od cyklu kształcenia 2017/2018

wykład: W1-W3, U1, U2: egzamin pisemny

laboratorium: W1-W3, U1, K2: pytanie ustne, kolokwia pisemne;

U2, U3, K1: wykonanie ćwiczeń w grupie 2 osobowej, opracowania pisemne

Wykład obejmuje następujące zagadnienia:

Wprowadzenie: charakterystyka zjawisk międzyfazowych, zjawiska kapilarne, swobodna energia powierzchniowa i międzyfazowa, entalpia i entropia powierzchni.

Powierzchnia cieczy: napięcie powierzchniowe cieczy, równanie Younga-Laplace'a, równanie Kelvina, metody wyznaczania napięcia powierzchniowego, zależność napięcia powierzchniowego od temperatury i gęstości, parachora, napięcie powierzchniowe roztworów, równanie Szyszkowskiego, reguła Traubego.

Powierzchnia ciała stałego: swobodna energia powierzchniowa i jej składowe, metody wyznaczania, kąt zwilżania i równanie Younga, procesy zwilżania.

Adsorpcja na powierzchni roztworów: nadmiar powierzchniowy i adsorpcja Gibbsa, równanie i izoterma adsorpcji Gibbsa, struktura warstewek adsorpcyjnych, filmy adsorpcyjne na powierzchni roztworów, monowarstwa Gibbsa, film dwuwymiarowy, równanie stanu filmu dwuwymiarowego.

Adsorpcja na granicy faz ciało stałe/gaz: charakterystyka zjawiska, adsorpcja fizyczna i chemiczna, równanie Henryego, izoterma Freundlicha, teoria i izoterma adsorpcji Langmuira, teoria i równanie izotermy adsorpcji BET, typy izoterm adsorpcji, kondensacja kapilarna.

Adsorpcja na granicy faz ciało stałe/roztwór: charakterystyka zjawiska, równanie izotermy adsorpcji, nadmiar powierzchniowy i rzeczywista adsorpcja, typy izoterm adsorpcji, wymiana jonowa, izoplana.

Układy koloidalne: charakterystyka i właściwości układów koloidalnych, ładunek elektryczny cząstek koloidalnych, stabilność układów.

Membrany lipidowe: membrany naturalne: charakterystyka lipidów membranowych i ich właściwości, nielipidowe składniki i modyfikatory membran, rodzaje membran lipidowych: błony biologiczne, modelowe membrany lipidowe: monowarstwy na powierzchni cieczy, liposomy, warstwy lipidowe na podłożu stałym (warstwy Langmuira-Blodgett), właściwości fizykochemiczne warstewek lipidowych, metody i techniki badań filmów na powierzchni cieczy i podłożu stałym.

Ćwiczenia laboratoryjne obejmują następujące zagadnienia:

Napięcie powierzchniowe cieczy i roztworów: sprawdzenie reguły Traubego, równanie Szyszkowskiego, parachora, wyznaczanie krytycznego stężenia micelizacji.

Adsorpcja: granica faz ciecz/gaz (izoterma adsorpcji Gibbsa), ciało stałe/roztwór: izoterma Langmuira, izoterma adsorpcji Freundlicha, izoplana.

Układy koloidalne: zjawiska elektryczne na granicy faz: punkt ładunku zerowego.

Otrzymanie i właściwości liposomów – modelowych błon biologicznych.

Literatura podstawowa:

1. A.W. Adamson, Chemia fizyczna powierzchni, PWN, Warszawa 1963.

2. J. Ościk, Adsorpcja, PWN Warszawa 1979.

3. E.T. Dutkiewicz, Fizykochemia Powierzchni, WNT Warszawa 1998.

4. S. Kalinowski, Elektrochemia membran lipidowych, Wydawnictwo UWM, Olsztyn 2004.

5. Ćwiczenia laboratoryjne z fizykochemii granic faz pod redakcją L. Hołysz, skrypt, Wyd. UMCS, Lublin 2000.

6. Teczki do ćwiczeń laboratoryjnych: www.katedrachf.umcs.lublin.pl

Literatura uzupełniająca

1. J.M. Berg, J.L. Tymoczko, L. Stryer, Biochemia, PWN, Warszawa, 2009.

2. L. Komorowski, A. Olszowski, Chemia fizyczna. T. 4 Laboratorium fizykochemiczne, PWN, Warszawa 2013

3. A. Chyła, Warstwy Langmuira-Blodgett i ich wykorzystanie w elektronice molekularnej, Oficyna Wydawnicza PW, Wrocław 2004.

Na podstawie Uchwały Senatu UMCS Nr XXII - 39.9/12 z dnia 25 kwietnia 2012 r. tj. od cyklu kształcenia 2012/2013

WIEDZA

W1. Posiada rozszerzona wiedzę na temat zjawisk międzyfazowych w układach biologicznych występujących na różnych granicach faz, w tym specjalistyczną wiedzę i pojęcia dotyczące procesu adsorpcji: K_W10.

W2. Zna oddziaływania międzycząsteczkowe występujące na granicy faz ciecz-gaz (ciecz), ciało stałe-gaz (ciecz) oraz funkcje termodynamiczne opisujące właściwości międzyfazowe w układach biologicznych: K_W11.

W3. Zna podstawowe pojęcia z fizykochemii układów koloidalnych: K_W12.

W4. Posiada wiedzę na temat budowy surfaktantów i biosurfaktantów, właściwości warstewek substancji amfifilowych w obszarach międzyfazowych oraz ich zastosowania: K_W13.

W5. Zna zasady bezpieczeństwa i higieny pracy w stopniu pozwalającym na samodzielne zaplanowanie i przeprowadzenie eksperymentu w odniesieniu do różnych granic międzyfazowych: K_W17.

UMIEJĘTNOŚCI

U1. Umie zdefiniować i opisać procesy międzyfazowe oraz zastosować funkcje termodynamiczne do interpretacji zjawisk zachodzących na różnych granicach faz w układach biologicznych: KU_07.

U2. Umie sklasyfikować układy koloidalne, zna metody ich otrzymywania, potrafi przedstawić ich charakterystykę i właściwości: KU_08.

U3. Potrafi przestawić i analizować parametry charakteryzujące surfaktanty i biosurfaktanty na granicy faz i w fazie objętościowej: KU_09.

U4. Posiada umiejętność interpretacji uzyskanych wyników w ramach zajęć dydaktycznych, oszacowania błędów, wyciągania wniosków oraz przygotowania reportów z osiągniętych rezultatów: KU_24.

KOMPETENCJE SPOŁECZNE

K1. Rozumie potrzebę rozwoju osobistego oraz potrzebę ciągłego dokształcania, umie i rozumie potrzebę uczenia się samodzielnie i w grupie: K_K01.

K2. Potrafi współdziałać i pracować w grupie przyjmując różne role postępowania i rozumie konieczność pracy zespołowej w badaniach naukowych współczesnej chemii: K_K02.

K3. Potrafi ocenić korelację wiedzy zdobytej w ramach przedmiotów specjalistycznych z wiedzą z podstawowych przedmiotów chemicznych: K_K02.

K4. Rozumie i docenia znaczenie postepowania etycznego związanego z wykonywaniem zawodu chemika: K_K04.

Na podstawie Uchwały Senatu UMCS Nr XXIV–8.4/17 z dnia 28 czerwca 2017 r. tj. dla cyklu kształcenia 2017/2018

WIEDZA

W1. Absolwent zna i rozumie w pogłębiony sposób wybrane teorie, zjawiska i metody z zakresu fizykochemii granic faz w układach biologicznych, w tym zależności między nimi, także w powiązaniu z innymi dziedzinami_K_W01

W2. Absolwent zna i rozumie aktualne kierunki rozwoju i najnowsze odkrycia w zakresie fizykochemii granic faz w układach biologicznych_K_W04

W3. Absolwent zna i rozumie znaczenie fizykochemii granic faz dla postępu nauk ścisłych i przyrodniczych, poznania świata i rozwoju cywilizacji_K_W07

UMIEJĘTNOŚCI

U1. Absolwent potrafi zastosować zdobytą wiedzę w zakresie fizykochemii granic faz w układach biologicznych do pokrewnych dziedzin nauki i dyscyplin naukowych_K_U01

U2. Absolwent potrafi formułować i rozwiązywać problemy badawcze z fizykochemii granic faz poprzez dobór odpowiednich metod i narzędzi K_U02.

U3. Absolwent posiada umiejętność pracy samodzielnej i w grupie oraz realizować różne zadania z zakresu fizykochemii granic faz w układach biologicznych_K_U05

KOMPETENCJE SPOŁECZNE

K1. Absolwent jest gotów do tworzenia i rozwijania wzorów właściwego postępowania w środowisku pracy i życia, podejmowania inicjatyw, krytycznej oceny siebie oraz zespołów, w których uczestniczy_K_K01

K2. Absolwent jest gotów do krytycznej oceny odbieranych treści i uznawania znaczenia wiedzy z zakresu fizykochemii granic faz w rozwiązywaniu problemów poznawczych i praktycznych_K_K03