Seznam oborů

Informace pro stávající studenty

Požadavky ke státní závěrečné zkoušce pro obor Materiálová 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. Materiálová chemie

Fyzikálně chemický popis struktury pevných materiálů. Krystalová mřížka a metody jejího studia - rtg. analýza. Poruchy krystalové mřížky. Magnetické vlastnosti pevné fáze a jejich měření. Termodynamický popis fázových rozhraní. Atomární struktura povrchů. Adsorpce látek na fázovém rozhranní. Spektroskopické a spektrometrické metody analýzy. Mikroskopické metody studia materiálů. Adsorpční metody studia povrchů. Smáčení pevných povrchů a možnosti jeho ovlivnění. Metody termické analýzy materiálů. Metody měření povrchové energie a smáčivosti povrchů. Mechanické vlastnosti materiálů - vztah napětí - deformace v reálných látkách. Základní typy reologického chování materiálů a jejich reologické modely.Viskozita a její měření.Vztah napětí - deformace v pevném tělese. Elastické a plastické chování pevných materiálů. Superplasticita. Mechanismy porušení pevných látek. Experimentální metody zkoušení pevnosti a tvrdosti tuhých látek. Polymerní materiály - chemické charakteristiky a metody přípravy. Nanomateriály - jejich klasifikace a fyzikálně chemické vlastnosti. Kvantové jámy a dráty, kvantové tečky. Vlastnosti kvantových nanostruktur - velikostní efekty, Fermiho plyn, excitony. Optické vlastnosti nanostrukturních materiálů. Povrchový plazmon. Nanomagnety. Metody syntézy nanomateriálů. Sol-gel metody, sonochemické syntézy, mechanochemické syntézy, prekurzorové metody, kondenzace z plynné fáze, metody přípravy koloidních nanočástic, jiné syntézy. Řízení velikostní distribuce a morfologie částic. Analýza nanomateriálů: mikroskopické metody, metody spektroskopické, metody analýzy rozměrů a povrchových vlastností nanočástic, magnetické a elektrochemické metody. Přírodní nanokrystaly. Polovodičové nanočástice. Nanočástice kovů a oxidů kovů. Nanočástice založené na různých formách uhlíku. Povrchová úprava nanočástic. Biologické nanomateriály. Samouspořádavající se systémy. Nanokompozity. Nanovrstvy, nanofilmy. Uspořádané monovrstvy kovových nanočástic. Multivrstevnaté struktury. Tenké filmy. Aplikace nanomateriálů - katalyzátory, chemické senzory, palivové články, laserové aplikace. Využití magnetických nanomateriálů. Nanoelektromechanické systémy, nanoroboty.

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. 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 a-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.