Výpisky z fyzikální chemie

Uzavřený systém – konstatní látkové množství, ale system může vyměňovat enegrgii s okolím v podobě práce či tepla.

Definice látkové množství 1 mol je takové množství látky, které obsahuje stejný počet částic, jako je atomů ve 12g nuklidu uhlíku ¹²₆C.

Definice pH – záporně vzatý dekadický logaritmus aktivity vodíkových iontů a_H+ v roztoku .

Daltonův zákon aditivity parciálních tlaků říká, že součet parciálních tlaků p_i všech složek směsi je roven celkovému tlaku směsi p.

Hydratace – process navázání proton na molekulu vody. Při disociaci kyselin ve vodě se z kyseliny uvolní proton, který se naváže na nějakou molekulu vody za vzniku oxonioveho kationtu.

Autoprotolýza – samovolná disociace vody, vzniká oxoniový kationt a hydroxidový aniont: H₂O + H₂O ↔H₃O⁺ + OH^- .
Oxiniové kationty vznikají i při disociaci kyselin ve vodě. Voda se chová jako kyselina i zásada. Některá molekula vody může odštěpit proton a jiná ho může přijmout. Pravděpodobnost disociace molekuly p=1,8 ∙ 10⁹. Z toho můžem vypočítat koncentraci H⁺ iontů – pH… [H⁺]=p ∙ c_H2O … pH=-log[H⁺] = 7. Je příčinou vodivosti i úplně čisté vody.

Iontový součin vody K_v =[H⁺] ∙ [OH^-] 1,00 ∙ 10¹⁴ mol²/l². Součin koncentrace vodíkových kationtů a hydroxidových aniontů je ve vodných roztocích vždy konstantní.

Disociační konstanta – rovnovážná konstanta, která vyjadřuje stupeň disociace určité látky KA v roztoku.
, kde rovnovážná mol koncentrace disociovaných kationtů; … aniontů;nedisociovaných molekul rozpuštěné látky.
Síla kyselin a zásad jen určena jejich schopností odštěpovat nebo přijímat H⁺ ion. Můžeme ji vyjádřit disociační konstantou K. Hodnoty disociačních konstant kyselin a zásad lze najít v tabulkách a slouží pro klasifikaci síly kyselin a zásad. Obecně platí, že vyšší disociační konstantě odpovídá větší množství disociovaných molekul, tedy vyšší síla kyselin a zásad.

Kyselina – látka, která je schopna odštěpit proton (vodíkový kationt H⁺).

Zásada – látka, která je schopna přijmout proton (vodíkový kationt H⁺).

Aktivita – při vyšších koncentracích neodpovídá reaktivita rozpuštěné látky v roztoku její koncentraci.

Standardizované podmínky (silná závislost na teplotě a tlaku)
A.T.P.S. – Ambient Temperature and Prasure, Saturated
B.T.P.S. - Body Temperature and Prasure, Saturated
S.T.P.D. - Standard Temperature and Prasure, Dry

Sytá pára - obsahuje maximální množství molekul plynu vznikajícího z kapaliny, další přidání molekuly by způsobilo srážení.

Přehřátá pára – plyn obsahuje přehřátou páru, jestliže obsah páry není za dané teploty maximální možný.

273.15 – teplota tajícího ledu, rovnovážná teplota směsi ledu a vody.
273.16 – trojný bod vody, teplota při které koexistují voda,led a sytá pára.

Zvlhčovač – vytvoří sytou páru za určité teploty a s parciálním tlakem odpovídajícím výstupní požadované hodnotě vlhkosti (parciálního tlaku a teploty po ohřátí).
Odpařovač – má obohacovat ventilační směs o anestetikum, stejný princip jako u zvlhčovače.
Nebulizátor - vytváří z inhalovaného léku mlhu/páru, kterou nemocný vdechuje, dělá aerosol, zvláštní případ zvlhčovače.

Elektordy I. druhu– tvořeny kovem ponořeným do roztokusvých iontů. Nevýhoda – ovlivnitelné reoxpotenciálem

Elektrody II. druhu – nemají kov elektrody v přímém kontaktu s roztokem elektrolytu. Kov je potažen vrstvou špatně rozpustné soli (kationty odpovídají kovu elektrody, anionty elektrolytu).

Elektrolyt – látka, která se v rozpouštědle disocijuje na ionty, které mohou vést el. proud. (neplést s roztokem elektrolytu - směs s rozpouštědlem)

Elektrolýza je redoxní reakce. Na katodě probíhá redukce, na anodě probíhá oxidace. Při elektrolýze se kationty (+) pohybují směrem k záporné elektrodě - katodě (+ a - se přitahují). Anionty (-) se pohybují ke kladné elektrodě - anodě.
Katoda je záporná elektroda (je na ní hodně elektronů).
Anoda je kladná elektroda.

Oxidačně redukční potenciál – vyjadřuje velikost oxidační(redukční) síly roztoku (jakou silou se látka snaží přenést elektrony).
Redukční činidlo (snadno se oxiduje – tím jinou látku redukuje) odevzdává elektrony kovu, dochází k hromadění elektronů v kovu a kov se nabíjí záporně.
Oxidační činidlo (snadno se redukuje, jinou látku oxiduje) odebírá elektrony, kov se nabíjí kladně.
↑Oxidované látky v roztoku – kladný ox-red potenciál.
↑Redukované látky v roztoku – záporný ox-red potenciál.

Indikační elektroda – elektroda použitá přímo k měření aktivity příslušných iontů, napětí elektrody druhého druhu je závislé na aktivitě příslušných aniontů v roztoku.

Referentní elektroda – její napětí je nezávislé na složení roztoku ve kterém je ponořena.

Inertní elektroda– elektrody vyrobené z inertních kovů, tj. kovy které jsou v roztocích stálé, s rotoky nereagují a nerozpouštějí se. (Au,Pt)

Redoxní elektroda -

Solný můstek– jeho úlohou je zajištění vodivého spojení dvou roztoků tak, aby nedošlo k jejich smíchání. Je tvořen skleněnou trubičkou ve tvaru písmene U nebo H, která je naplněna agarem. Agar je nasycen chloridem draselným (KCl) nebo dusičnanem draselným (KNO₃). Disociované ionty K⁺ aCl^- zprostředkovávají vedení el. proudu.

Součin rozpustnosti – součet aktivit kationtů a aniontů soli v roztoku K_s = a_K+ ∙ a_A- .

Semipermeabilní membrána – polopropustná membrána, propouští pouze některé látky – molekuly, nebo ionty.

Osmoticky aktivní membrána – přes membránu procházejí celé molekuly vody. Pro ostatní látky a ionty je neprůchodná. Řízeno osmotickým tlakem na obou stranách membrány.

Iontově selektivní membrána – umožňuje průchod pouze jednomu či několika druhům iontů.(Důležité pro vznik membránového potenciálu.) Vyráběny většinou ze spec. skel, z nerozpustných sloučenin selektovaných iontů (CaF₂).

Osmóza – somovolné zřeďování roztoku přestupem molekul rozpouštědla přes semipermeabilní membránu. Mírou je osmotický tlak.

Osmotický tlak – takový tlak, který by mělo látkové množství částic rozpuštěné látky, kdyby bylo přítomno v témže objemu v podobě ideálního plynu.

Van Hoffův zákon – osmotický tlak π=R∙T∙c∙i [Pa]

Van Hoffův opravný koeficient (i)– zohledňuje osmotický účinek disociujících se látek. (neelktrolyty=1, silné elektrolyty NaCl-2, CaCl₂-3)

Osmolarita – osmoticky účinná koncentrace c₀=c∙i. V podstatě molární koncentrace osmoticky aktivních částic v roztoku.

Izotonické roztoky – jsou-li osmotické tlaky dvou roztoků stejné.

Fyziologické roztoky – stejný osmotický tlak jako tlak krevní plazmy (300mmol/l).

PPM – parts per million (10^-6)
PPB – parts per billion (10^-9)
atm – atmosféra 101,325 kPa
at – technická atmosféra 98,1 kPa
bar,b – 10⁵Pa
Torr, mm Hg – 101,325Pa = 760 mm Hg; 1Torr = 1mm Hg = 133,322 Pa
1cm H₂O = 98,066 Pa
M – molární
N – valární
R = 8,314 J/(mol K)

Etanol (líh) - C₂H₅OH, M = 46
Dimethylether - CH₃OCH₃ , M = 46
Diethylether - (H₃C-CH₂)₂O , M = 74
Vzduch, M = 29
Propanol - CH₃CH₂CH₂OH , M = 60
Butan - CH₃CH₂CH₂CH₃ , M = 58
Metan - CH₄ , M = 16
Sulfan, sirovodík - H₂S , M = 34

Molární hmotnost

Tlak syté vodní páry

· Sůl – AgCl – argentchlorid, kov – Ag – stříbro, elektrolyt – nejčastějí KCl, ale libovolná s Cl^- (NaCl)

· Ag⁺ + e^- → Ag⁰

· Základem referentních elektrod pro analytické systémy

· Základem většiny elektrod pro snímání biologických signálů

· Soustava skleněné indikační a argentchloridové referentní elektrody jako jeden celek.

· Elektrolit skleněné pH elektrody nejčastěji HCl: HCl → H⁺ + Cl^-

· Problém měření parciálního tlaku CO₂ se často převádí na problém měření pH.

· Využívá se reakce CO₂ s H₂O: CO₂ + H₂O → H₂CO₃ → H⁺ + HCO₃^- , vodíkové kationty snižují hodnotu pH.

· Čím více se oxidu uhličitého v roztoku rozpustí, tím více klesne pH.

· Vnitřní roztok CO₂ elektrody je oddělen od okolního prostředí semipermeabilní membránou, která propouští pouze CO₂ , nejčastěji se používá PTFE, teflon.

· Univerzální vztažná elektroda s přesně definovaným potenciálem daným dohodou.

· Reakce: 2H⁺ + 2e^- ↔H₂

· Když je vodíková elektroda ve standarním stavu, tj. aktivita H⁺ je konstantní jednotková, parciální tlak vodíku na elektrodě je konstntní a roven 1 atm a vše je za standarní teploty, můžeme vodíkovou elektrodu nazvat standardní vodíkovou elektrodou.

· Není klasickou iontově selektivní elektrodou, ale elektrolitický článek obsahující dvě elektrody připojené na zdroj vnějšího napětí.

· O₂ + 2H₂O +4e^- → 2H₂O₂ + 4e^- → 4OH^-

· Uvnitř elektrody dochází k elektrolytickému rozkladu plynného kyslíku. Při jeho elektrolýze se spotřebovávají elektrony → vznik proudu mezi elektrodami – velikost úměrná množství rozkládaného O₂ = nucená elektrolýza.

· Rozklad O₂ probíhá na záporné elektrodě, na kterou se dostává pouze difuzí (O₂ je neutrální), jejíž rychlost je závislá na parciálním tlaku a ne na napětí ne elektrodách(v pracovní oblasti). Závislost proudu na parciálním tlaku je téměř lineární v oblasti 0-15kPa, tedy v oblasti, kde jsou hodnoty v medicíně.

· Pomalá odezva – okolo minuty, citlivost kolem 75µA/kPa.

Zn²⁺ + 2e^- →Zn⁰

Cu²⁺ + 2e^- →Cu⁰

Zn²⁺ + 2e^- →Zn⁰

Pro výpočet stačí znát aktivity a mocenství aktivního iontu (nepotřebujeme standardní el. potenciál – odečte se)

• Karel Roubík, Fyzikální chemie pro biomedicínské inženýrství, 2007, Nakladatelství ČVUT