Požadavky ke státní závěrečné zkoušce pro obor Fyzikální chemie

1. Fyzikální chemie
Termodynamika. Ideální a reálné plyny. Stavové funkce. Entropie. Clausiova nerovnost. Gibbsova a Helmholtzova energie. Chemický potenciál. Fugacita. Standardní stavy. Fázové rovnováhy. Podmínky fázové rovnováhy. Fázový diagram. Clapeyronova rovnice. Vícesložkové soustavy. Parciální molární veličiny. Raoultův a Henryho zákon. Aktivita. Roztoky. Chemické rovnováhy. Závislost Gibbsovy energie na rozsahu reakce. Rovnovážná konstanta a její závislost na tlaku a na teplotě. Le Chatelierův princip. LFER. Rovnovážná elektrochemie. Aktivity iontů. Debyeova-Hückelova teorie silných elektrolytů, iontová síla. Rovnováhy v roztocích slabých elektrolytů, pufry. pH a jeho měření. Galvanické články. Druhy elektrod. Nernstova rovnice. Kapalinové spojení a membránový potenciál. Elektrochemické zdroje proudu. Základní pojmy statistické termodynamiky. Kinetická teorie ideálního plynu. Boltzmannovo rozdělení, molekulární partiční funkce a její vztah k vnitřní energii a entropii. Základy nerovnovážné termodynamiky. Produkce entropie. Onsagerův princip reciprocity. Curieův princip symetrie, stacionární stavy a jejich stabilita. Základy nelineární nerovnovážné termodynamiky. Transport iontů a kinetika přenosu elektronu. Faradayovy zákony, vodivost iontů. Kohlrauschův a Ostwaldův zákon. Iontové pohyblivosti, převodová čísla. Elektrodová dvojvrstva. Přepětí a polarizace. Difúze, 1. a 2. Fickův zákon. Difúzní koeficienty. Stokesův-Einsteinův vztah. Elektrochemické syntézy, koroze. Chemická dynamika. Rychlost chemických reakcí, rychlostní konstanta a řády reakcí. Molekularita. Izolované a simultánní reakce. Řetězová reakce, fotochemické reakce, katalýza a autokatalýza. Arrheniova rovnice. Srážková teorie. Teorie aktivovaného komplexu. Molekulová dynamika. Fázové rozhraní a koloidy. Povrchová energie, kapilární jevy. Adsorpce na fázových rozhraních. Freundlichova, Langmuirova a BET izoterma. Povrchově aktivní látky. Typy disperzních soustav. Příprava a vlastnosti koloidů. Koagulace koloidů. Osmóza a dialýza. Rozptyl a absorpce světla v koloidech. Elektrokinetické jevy, elektroforéza. Viskozita. Interakce hmoty a záření. Základní metody studia struktury molekul.

2. Kvantová chemie a chemická struktura
Částice a vlny, princip neurčitosti. Atomová spektra a elektronová struktura atomů. Struktura molekul, Metody studia struktury molekul. Elektrické, magnetické a optické vlastnosti molekul. Dielektrika v elektrickém poli, permitivita. Diamagnetismus a paramagnetismus. Optická aktivita molekul. Refrakce. Molekulová spektra. Energetické změny v molekule a typy spekter. Elektronová spektra. Rotační a vibrační spektra. Ramanova spektra. Luminiscenční spektra, spektra cirkulárního dichroizmu. Využití spekter ve strukturní analýze. Magnetické resonanční spektroskopie. Částice v magnetickém poli a štěpení energetických hladin, resonanční podmínka. Nukleární magnetická resonance. Elektronová spinová resonance. Formalismus kvantové mechaniky. Operátory, Schrödingerova rovnice.Vazby jako překryv atomových orbitalů, prostorové vlastnosti AO, homogenní a heterogenní biatomické molekuly, hybridizace AO. Teorie VB, teorie molekulových orbitalů, Hückelova a EHT metoda. Adiabatická a Bornova-Oppenheimerova aproximace, SCF teorie, bázové funkce. RHF a UHF metody, techniky SCF. Semiempirické metody, ab-initio metody. Metody zahrnující elektronovou korelaci. DFT metody. Hyperplocha potenciální energie a výpočet vlastností molekul - výpočet IR spekter. Nevazebné interakce - slabé mezimolekulové interakce, nepravá vodíková vazba, vliv solvatace na konformační chování. Solvatace a solvatační modely- kontinulání solvatační modely a model supermolekuly. Rozpolcení elektronové excitační energie. Fotochemie. Fotoelektrochemie. Chemiluminiscence. Fotochemiluminiscence. Světlem indukované jevy, fotografie, fotodynamie, fotodynamická terapie. Základní metody studia struktury molekul.

3., 4. Volitelný předmět (dva z nabídky)
a) analytická chemie
I. Protolytické rovnováhy - klasifikace rozpouštědel; stupnice kyselosti ve vodném, smíšeném a nevodném prostředí; distribuce složek v rovnovážných systémech. Komplexotvorné rovnováhy - podmínky tvorby a stability komplexů v roztoku, vliv prostředí na posun rovnováh; distribuce složek v rovnovážných systémech; konstanty stability a hlavní metody jejich zjištění; organická činidla v anorganické analýze. Srážecí rovnováhy - podmínky vzniku sraženin, vliv reakčního prostředí na rozpustnost sraženin, selektivní srážení. Oxidačně redukční rovnováhy - podmínky kvantitativního průběhu redoxní reakce; oxidačně redukční potenciál a jeho ovlivnění prostředím. Extrakční rovnováhy v systému kapalina-kapalina. Katalytické a indukované reakce.
II. Podmínky chemické analýzy; statistické zpracování výsledků analýzy; citlivost reakcí, detekční limit, mez stanovitelnosti. Gravimetrie, termická analýza a enthalpiometrie; metody a analytická aplikace odměrné analýzy, průběh acidobázických, chelatometrických, srážecích a redoxních titračních křivek; způsoby indikace bodu ekvivalence ve vodném i nevodném prostředí, charakterizace jakosti barevných přechodů indikátorů (včetně systému CIE). Chemická analýza organických látek - třídění na základě rozpustnosti, elementární analýza, analýza funkčních skupin.
III. Instrumentální metody. Separační analytické metody - prekoncentrační techniky (HSA, LLE, LSE, SPE, SPME, SFE, destilace/extrakce); teorie chromatografického děje; plynová chromatografie (GLC, GSC, dávkovací systémy, kolony, detektory); kapalinová chromatografie (plošná a kolonová, LLC, LSC, GPC, IEC, chirální separace, detektory); elektromigrační techniky (ITF, CE); spojené techniky (GC, HPLC, CE/MS, FTIR, AAD). Optické a spektrální metody - optická emisní spektrometrie, plazmová spektrometrie, AAS, atomová fluorescenční spektroskopie, rentgenová spektroskopie; molekulová absorpční spektrometrie v oblasti UV/VIS, IČ, Ramanova spektrometrie, NMR, EPR, Mössbauerova spektroskopie; luminiscenční metody; spektropolarimetrie; metody elektronové spektroskopie (ESCA, Augerova aj.); hmotnostní spektrometrie; propojení metod. Elektroanalytické metody - potenciometrie v diskontinuálních a kontinuálních systémech, rovnovážná potenciometrie (včetně pH-metrie), titrace; polarografické a voltametrické techniky (DCP, ACP, SWP, DPP, DMPP; CV), metody s kontrolovanou konvekcí (ASV, CSV, AdSV, PSA), voltametrická detekce v průtokových systémech; chronopotenciometrie; titrace s polarizovanými elektrodami; coulometrie, voltametrické a coulometrické analyzátory; vodivostní metody.
IV. Aplikovaná analýza - odběr a úprava vzorků anorganických a organických materiálů, převádění vzorků do roztoku; analýza kovových slitin, silikátů, vod a půd; analýza polutantů životního prostředí, analytika zemědělských laboratoří, analýza potravin; určování struktury a identifikace organických látek.

b) biochemie
Struktura a funkce aminokyselin, peptidů a bílkovin, metody jejich studia. Imunoanalýza bílkovin, složení bílkoviny. Struktura a funkce nukleových kyselin. Metabolismus bílkovin (degradace a biosynthesa). Mechanismus deaminace, transaminace a dekarboxylace aminokyselin,detoxikace amoniaku (tvorba amidů a močoviny). Oxidační dekarboxylace -oxokyselin jako multienzymový systém. Syntéza mastných kyselin. Deriváty sacharidů důležité v metabolismu. Glykolýza a glukoneogeneze. Pentosový cyklus a jeho význam. Cyklus trikarboxylových kyselin a glyoxylátový cyklus. Fotosyntetická tvorba hexos (C3 a C4 rostliny). Odbourávání a biosyntéza lipidů. Složení a biosyntéza fosfolipidů, glykolipidy. Principy regulace metabolismu na enzymové a buněčné úrovni (kovalentní modifikace, allosterie, druhý posel, membránové receptory, G proteiny, proteinkinasy). Biochemie hemoglobinu. Přehled hormonů a mechanismus účinku. Přehled a význam vitamínů. Membránový transport, přenašeče a kanály.

c) organická chemie
Struktura organických molekul a jejich znázornění. Názvosloví organických sloučenin. Vztah mezi strukturou, vlastnostmi a reaktivitou organických sloučenin. Typy organických reakcí (adice, eliminace, substituce, přesmyky) a jejich mechanismy. Nejdůležitější kriteria klasifikace reakcí. Nejdůležitější metody reakčních mechanismů. Mechanismus a syntetické využití adičních reakcí. Mechanismus a syntetické využití substitučních reakcí (SN1 a SN2 mechanismus a vliv faktorů na podporu reakčních mechanismu, S_E, S_R). Mechanismus a syntetické využití eliminačních reakcí. Trans-eliminace, E₁ a E₂. Přesmyky. Elektrofilní i nukleofilní přesmyky nasycených systémů. Přesmyky nenasycených systémů. Přesmyky aromatických systémů.
Příprava, vlastnosti (fyzikálně-chemické a chemické) a reaktivita organických sloučenin ? Uhlovodíky ? Alifatická řada. Alicykly. Aromatická řada ? Nekondenzované aromáty. O-kondenzované aromáty. Halogenderiváty (alifatické, alicyklické a aromatické). Hydroxyderiváty ? Jednosytné alkoholy. Vícesytné alkoholy. Fenoly jednosytné a vícesytné. Ethery. Organické sirné sloučeniny. Dusíkaté organické sloučeniny. Nitrosloučeniny. Nitrososloučeniny. Organické deriváty hydroxylaminu a N-oxidy. Aminy ? Dělení aminů (primární, sekundární, terciální, kvartérní ammoniové soli). Diaminy. Diazoniové soli. Kopulační reakce. Azosloučeniny a azobarviva. Organické deriváty hydrazinu. Triaziny, organické azidy. Sloučeniny s větším počtem vzájemně vázaných atomů dusíku. Diazosloučeniny ? jejich příprava a reaktivita. Reakce s kyselinami, s karbonylovými sloučeninami, s acylhalogenidy. Diazolátky jako komponenty při 1,3-dipolárních cykloadicích. Aldehydy a Ketony. Aldolizace. Aldolová kondenzace. α, β-nenasycené karbonylové sloučeniny. Specifické reakce aldehydů (Cannizzarova reakce, Tiščenkova reakce, oxidace aldehydů, Acyloinová kondenzace). Funkční deriváty aldehydů a ketonů ? hemiaceta, acetaly, iminosloučeniny, hydrazony, oximy. Dikarbonylové sloučeniny - α, β, γ, oxoenolová tautomerie. Dikarbonylové sloučeniny jako syntony pro heterocykly. Chinony a jejich vztah k fenolům. Chinoidní barviva. Keteny ? příprava a použití při acylačních reakcích. Halogenkarbonylové sloučeniny - α, β, γ. Hydroxykarbonylové sloučeniny - α, β, γ. Sacharidy a jejich rozdělení ? monosacharidy. Cyklořetězová tautomerie. Tvorba hydrazonů a osazonů. Glykosidy. Disacharidy redukující i neredukující. Heteroglykosidy. Nukleosidy. Karboxylové kyseliny. Halogenidy. Estery. Tuky. Amidy. Nitrily. Nitriloxidy. Hydroxamové kyseliny. Hydrazidy a azidy. Thiokyseliny a thioestery. Halogenkyseliny ? alifatické a aromatické. Hydroxykyseliny - α, β, γ. Laktony. Ketokyseliny - α, β, γ. β-ketoestery. Aminokyseliny - α, β, γ. Přírodní aminokyseliny. Peptidy a peptidové syntézy. Funkční deriváty kyseliny uhličité ? halogenidy, estery, amidy kyseliny uhličité. Kyselina kyanatá a isokyanatá. Guanidin. Karbodiimidy.
Heterocykly ? Rozdělení heterocyklů v závislosti na velikosti kruhu, druhu a počtu heteroatomu a z hlediska jejich aromaticity. Obecné principy syntézy cyklizace, cykloadice, transformace jiných heterocyklů. 3- a 4- Členné heterocykly. 7- a vícečlenné heterocykly. 5-Členné heterocykly ? Nekondenzované i kondenzované. 6-Členné heterocykly ? Nekondenzované a kondenzované. Vzájemně kondenzované heterocykly.
Molekulární geometrie, vazebné poměry. Molekulární symetrie a chiralita. Stereoisomerie a centrum chirality. Axiální a planární chiralita. Topicita a prostereoizomerie. Racemizace a metody dělení. Určování konfigurace. Konformace acyklických molekul. Konformace cyklických molekul. Konformace cyklických sloučenin. Konformace kondenzovaných a můstkových cyklických systémů. Molekulární disymetrie a chirooptické vlastnosti. Dynamická stereochemie. Stereoselektivní reakce.

d) anorganická chemie
Metody studia anorganických sloučenin (rentgenografie, magnetochemie, termická analýza, spektrální metody). Symetrie molekul. Krystalová struktura anorganických látek, krystalochemie. Koordinační chemie obecná i speciální (vazby v komplexech, vazba kov-kov, metody přípravy koordinačních sloučenin, trans-efekt, komplexy s π-akceptory, π-komplexy, významnější koordinační sloučeniny prvků). Stabilizace méně běžných oxidačních stavů. Mechanismy reakcí v anorg. chemii (základy kinetiky, metody studia, reakce substituční, radikálové, redox, fotochemie, katalýza). Anorganické polymery (struktura polymerů, vznik polymerů ? termická kondenzace, kationtová agregace, aniontové kondenzace, koordinační polymerace). Organokovové sloučeniny (vazby M-C, organokovy přechodných i nepřechodných prvků, reaktivita, využití v katalýze). Bioanorganická chemie. Syntézy anorganických látek. Základy průmyslových anorganických výrob.