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

Uchwałą Nr XXIV – 28.28/19 Senatu Uniwersytetu Marii

Curie-Skłodowskiej w Lublinie z dnia 26 czerwca 2019

Wykład:

W1–W4, U1: zaliczenie pisemne

Laboratorium:

W1–W5, U1, U2: pytania ustne, kolokwia pisemne

U2–U4, K1, K2: wykonanie ćwiczeń w grupie dwuosobowej, opracowania pisemne

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:zaliczenie pisemne

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

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

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 - zaliczenie pisemne, laboratorium - pytanie ustne, opracowania pisemne

K4: laboratorium - rozmowa

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. J. Ościk, Adsorpcja, PWN Warszawa 1979.

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

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

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

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

Literatura uzupełniająca

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

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 (https://www.dbc.wroc.pl/dlibra/publication/1177/edition/1418?language=pl)

Uchwałą Nr XXIV – 28.28/19 Senatu Uniwersytetu Marii

Curie-Skłodowskiej w Lublinie z dnia 26 czerwca 2019

WIEDZA

W1. Absolwent zna i rozumie w pogłębiony sposób zjawiska międzyfazowe, funkcje termodynamiczne powierzchni i granic faz oraz ich znaczenie w układach biologicznych, w tym napięcie powierzchniowe, zwilżanie, adsorpcję i stabilność układów dyspersyjnych.

Odniesienie do efektów kierunkowych: K_W01, K_W02

W2. Absolwent zna i rozumie mechanizmy adsorpcji na granicach faz ciecz/gaz, ciało stałe/gaz i ciało stałe/roztwór, izotermy adsorpcyjne oraz zjawisko kondensacji kapilarnej.

Odniesienie: K_W01, K_W02

W3. Absolwent zna i rozumie podstawy fizykochemii układów koloidalnych, elektryczne właściwości granic faz oraz czynniki warunkujące stabilność układów koloidalnych.

Odniesienie: K_W01

W4. Absolwent zna i rozumie budowę oraz właściwości warstewek amfifilowych i lipidowych, modelowych błon biologicznych oraz metody ich badania na powierzchni cieczy i podłożu stałym.

Odniesienie: K_W01, K_W03

W5. Absolwent zna zasady planowania i prowadzenia badań eksperymentalnych z zakresu fizykochemii granic faz, w tym zasady bezpieczeństwa pracy laboratoryjnej.

Odniesienie: K_W07

UMIEJĘTNOŚCI

U1. Absolwent potrafi opisywać i interpretować zjawiska zachodzące na granicach faz z wykorzystaniem równań i funkcji termodynamicznych.

Odniesienie: K_U01, K_U02

U2. Absolwent potrafi planować i wykonywać eksperymenty laboratoryjne dotyczące napięcia powierzchniowego, adsorpcji i właściwości układów koloidalnych oraz lipidowych.

Odniesienie: K_U03

U3. Absolwent potrafi analizować izotermy adsorpcyjne, wyznaczać parametry powierzchniowe oraz interpretować wyniki pomiarów fizykochemicznych.

Odniesienie: K_U02, K_U03

U4. Absolwent potrafi opracowywać wyniki badań, oceniać niepewność pomiarową, formułować wnioski i przygotowywać raporty z przeprowadzonych doświadczeń.

Odniesienie: K_U03, K_U06

U5. Absolwent potrafi pracować samodzielnie i zespołowo przy realizacji zadań badawczych z zakresu fizykochemii granic faz.

Odniesienie: K_U05, K_U10

KOMPETENCJE SPOŁECZNE

K1. Absolwent jest gotów do krytycznej oceny posiadanej wiedzy z zakresu fizykochemii i jej zastosowania w rozwiązywaniu problemów naukowych i praktycznych.

Odniesienie: K_K01, K_K02

K2. Absolwent jest gotów do współpracy w zespole badawczym, przyjmowania odpowiedzialności za powierzone zadania oraz respektowania zasad etyki pracy naukowej.

Odniesienie: K_K03, K_K05

K3. Absolwent jest gotów do samodzielnego rozwijania kompetencji zawodowych i uczenia się przez całe życie.

Odniesienie: K_K01

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