1. Стехиометрические понятия и правила:
– Массовая доля вещества, молярная концентрация вещества
– Фактор эквивалентности, химический эквивалент
– Молярная масса эквивалента, количество вещества эквивалента
– Молярная концентрация эквивалента
- Оборот реакции
– Титр раствора
– Закон эквивалентов
Титриметрический метод анализа. Прямое и обратное титрование. Реакции, используемые в методе титриметрии. Способы приготовления стандартных растворов.
2. Химическая термодинамика как основа для понимания биоэнергетических процессов
Классификация систем в зависимости от фазового состава, от характера взаимодействия с окружающей средой. Равновесное, стационарное и переходное состояние системы. Изобарные, изотермические, изохорные и адиабатические процессы.Интенсивные и экстенсивные параметры системы, функции состояния системы. Теплота и работа – два способа обмена энергией между системами. Энергетические потоки в живых системах.Первое начало термодинамики. Энтальпия. Применение первого начала термодинамики для расчета теплоты химической реакции. Стандартные теплоты образования, сгорания, растворения, фазового перехода. Стандартное состояние системы. Формальное состояние системы. Законы термохимии, их следствия. Применение закона Гесса.
Понятие об обратимых и необратимых термодинамических процессах. Второе и третье начало начало термодинамики. Принцип Бертло-Томсона. Энтропия. Уравнение Больцмана. Расчет стандартной энтропии реакции. Энтропия в закрытой, изолированной и адиабатической системах. Энтальпийный и энтропийный факторы. Энергия Гиббса. Соотношение термодинамических функций состояния. Пределы и направления самопроизвольно протекающих процессов. Уравнение изотермы реакции Вант-Гоффа. Уравнение изобары химической реакции Гиббса – Гельмгольца. Принцип Ле Шателье.
Стационарное состояние открытых систем. Гомеостаз. Правило Пригожина. Принцип энергетического сопряжения в живых организмах. Примеры эндергонических и экзергонических реакций. Энергетическое сопряжение анаболических и катаболических процессов в организме.
3.Кинетика химических реакций
. Истинная и средняя скорости химической реакции. Константа скорости химической реакции, ее определение. Основной закон химической кинетики.Порядок и молекулярность реакции. Понятие о механизме реакции. Зависимость скорости от концентрации для реакций разного порядка. Методы определения порядка реакции и константы скорости. Зависимость скорости химической реакции от температуры. Температурный коэффициент, константа скорости реакции и его особенности для биохимических процессов. Уравнение Аррениуса. Энергия активации. Теория активных столкновений. Теория активированного комплекса. Измерение энергии активации.
Типы химических реакций в кинетике (гомогенные, гетерогенные, микрогетерогенные). Простые и сложные реакции. Деление сложных реакций по механизму на последовательные, параллельные, сопряженные, цепные, фотохимические реакции.
Виды катализа. Теории гомогенного и гетерогенного катализа. Энергетический профиль каталитических реакций. Автокаталитические реакции. Ферментативный катализ.
4. Учение о растворах.
Биологическая роль воды и растворов. Физико-химические свойства воды, обуславливающие её роль как единственного биорастворителя. Структурно-информационная память воды. Структура воды в жидком и твердом состоянии. Структурированная вода, деструктурированная вода. Свободная и связанная вода. Зависимость растворимости веществ в воде от соотношения гидрофильных и гидрофобных свойств. Дифильные молекулы в растворах. Гидратные оболочки различных веществ. Число гидратации. Структурирующие и деструктурирующие ионы. Положительная и отрицательная гидратация. Термодинамика процесса растворения. Идеальный раствор.
5. Коллигативные свойства разбавленных растворов
. Диффузия. Закон Фика. Виды транспорта в биомембранах. Осмос. Осмотическое давление. Закон Вант-Гоффа. Гипертонические, гипотонические, изотонические растворы. Эндоосмос. Экзоосмос. Осмомолярность. Осмомоляльность. Онкотическое давление. Изоосмия.
Давление насыщенного пара над раствором. Закон Рауля. Следствия из закона Рауля.
6. Теория слабых электролитов
. Понятие о константах диссоциации слабых кислот и оснований. Силовой показатель кислот и оснований. Закон разведения Оствальда.
Теория сильных электролитов. Активность и коэффициент активности. Ионная сила растворов. Уравнение Дебая-Хюккеля. Высаливание белков.
7. Протолитические равновесия
. Протонная теория Бренстеда-Лоури. Сопряженная протолитическая пара. Кислоты, основания и амфолиты. Связь меж
8. Механизмы протолитического гомеостаза организма
(физиологические и физико-химические). Источники образования кислот в организме. Классификация буферных систем.
Уравнение Гендерсона-Хассельбаха для буферных систем. Механизм действия кислотных и основных буферных систем. Зона буферного действия. Буферная ёмкость и факторы, определяющие её.Буферные системы организма. Протолитические процессы в организме при патологии и их коррекция. Методы определение рН биосред организма.
9. Гетерогенные процессы и равновесия в растворах электролитов
. Константа растворимости. Условия образования и растворения осадков. Совмещенное гетерогенное равновесие и конкурирующие процессы. Химические реакции, лежащие в основе образования костной ткани. Изоморфизм. Кальциевый буфер. Образование конкрементов. Гетерогенные процессы в диагностике и коррекции патологических состояний.
10. Квантово-механическая модель строения атома. Характеристики энергетического состояния электрона системой квантовых чисел. Виды химической связи. Метод валентных связей для описания ковалентной связи.
11Лигандно-обменные равновесия
.Теория строения комплексных соединений А.Вернера. Механизм комплексообразования (электростатическое и донорно-акцепторное взаимодействие).
Структура комплексов. Многоядерные комплексы. Комплексы с макроциклическими соединениями. Металлоферменты. Устойчивость комплексов в растворе. Константа нестойкости комплексного соединения. Совмещенные равновесия и конкурирующие процессы: конкуренция за лиганд или за комплексообразователь. Инертные и лабильные комплексы. Квантово-механические теории строения комплексных соединений.Способность соединений s-, p- и d-элементов к образованию комплексов. Металло-лигандный гомеостаз и причины его нарушения. Механизм токсического действия тяжелых металлов и мышьяка на основе теории жестких и мягких кислот и оснований. Правило Р.Пирсона. Термодинамические принципы хелатотерапии.
12. Теория окислительно-восстановительных равновесий
. Сопряженная окислительно-восстановительная пара. Редокс-потенциал. Механизм возникновения электродного и редокс-потенциалов. Прогнозирование направления редокс-процессов по величине редокс-потенциалов. Влияние лигандного окружения на величину редокс-потенциала. Уравнение Нернста-Петерса. Гальванические цепи. Особенности биохимических окислительно-восстановительных процессов в живых организмах. Типы окислительно-восстановительных реакций в организме. Электронотранспортные цепи. Редокс-буферные системы организма. Редокс-процессы протекающие в организме при патологии и их коррекция. Применение редокс-реакций для детоксикации.
13.Основы электрохимических методов анализа и их роль в медицине
. Кондуктометрия и кондуктометрическое титрование. Потенциометрия. Электроды сравнения. Индикаторные электроды: мембранные и металлические, ферментные. Потенциометрическое титрование. Установка для потенциометрического титрования. Выбор индикаторных электродов в методе нейтрализации, окисления-восстановления, осаждения. Кривые потенциометрического титрования для разных типов реакций.
14.Химия биогенных элементов.
Химические элементы в окружающей среде и в организме. Понятие о биогенном элементе, биосфере, биогеохимии. Круговорот биогенных элементов в биосфере. Гомеостаз элементов, причины его нарушения. Микроэлементозы.
Классификация биогенных элементов по их функциональной роли: органогены, элементы электролитного фона, микроэлементы и по содержанию в организме человека. Примесные элементы. Роль ионов металлов в живом организме.
Общая характеристика s-элементов, р-элементов, d-элементов и их соединений на основе положения в периодической системе. Способность катионов s-, р-, d-элементов к комплексообразованию, гидролизу. Краткая характеристика кислотно-основных и окислительно-восстановительных свойств соединений s-, р-, d-элементов.
Токсичность элементов. Расположение токсичных элементов в периодической системе. Физико-химические основы токсического действия Pb, Hg, Bi, As. Дезинтоксикационная терапия.
15.Совмещенные равновесия и конкурирующие процессы разных типов.
Совмещенные равновесия и конкурирующие процессы разных типов (редокс-гетерогенные, редокс-лигандообменные и др.) протекающие в организме в норме, при патологии и при коррекции патологических состояний.