«ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Утверждаю: Ректор _ А.Д. Гуляков _ 201 г. Номер внутривузовской регистрации ОСНОВНАЯ ПРОФЕССИОНАЛЬНАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ Направление подготовки 020400 ...»

Атмосферные осадки и их виды. Снежный покров. Закономерности распределения осадков на Земле.

Атмосферное увлажнение. Коэффициент увлажнения. Радиационный индекс сухости. Закономерности распределения атмосферного увлажнения.

Воздушные массы. Понятие о воздушных массах и условия их формирования. Географические типы воздушных масс. Теплые и холодные воздушные массы, процесс трансформации воздушных масс.

Атмосферные фронты. Понятия «атмосферные фронты», «фронтальная поверхность», «линия фронта». Фронты: теплый, холодный, окклюзии.

Главные климатические фронты, смещения их по сезонам. Планетарные высотные фронтальные зоны. Струйные течения.

Циклоны и антициклоны. Понятия «циклоны», «антициклон». Термические циклоны и антициклоны. Фронтальные циклоны внетропических зон. Стадии развития. Структура развитого циклона. Система ветров. Серии циклонов.

Тропические циклоны. Антициклоны. Стадия развития. Структура. Система ветров. Антициклональная инверсия. Размеры и скорости перемещения циклонов и антициклонов. Субтропические антициклоны. Малые атмосферные вихри: тромбы, смерчи.

Общая циркуляция атмосферы. Понятие об общей циркуляции атмосферы. Зональность циркуляции, межширотный обмен воздушных масс, волновые движения, струйные течения и атмосферные вихри – важнейшие элементы общей циркуляции атмосферы.

Погода: Определения понятия. Элементы погоды. Классификация погод. Комплексные типы погоды. Погоды внутримассовые и фронтальные. Местные признаки предсказания погоды. Краткосрочный и долгосрочный прогноз погоды. Синоптическая карта и ее анализ. Использование космических наблюдений в предсказании погоды.

Климат. Процессы климатообразования: теплооборот, влагооборот, циркуляция атмосферы. Факторы климатообразования. Классификация климатов Б.П. Алисова. Климатические карты. Характеристика климатических поясов и областей по Б.П. Алисову.

Глобальные факторы, влияющие на современный климат Гидросфера – составная часть географической оболочки. Происхождение и важнейшие свойства природных вод. Объем и структура гидросферы.

Мировой океан. Мировой океан – целостное природное образование. Части Мирового океана. Основные физико-химические свойства океанской воды и зональнорегиональное их проявление. Соленость и плотность, оптические и акустические свойства вод океанов. Тепловой режим океанов и морей. Распределение температуры на поверхности и в толще океанских вод.

Динамика вод мирового океана. Морские волны. Приливные явления и их роль в географической оболочке. Океанские течения. Происхождение, классификация, общая схема поверхностных течений. Глубинная циркуляция.

Природные ресурсы Мирового океана: биологические, минеральные, энергетические и их рациональное использование. Океан как среда жизни. Крупнейшие районы морских промыслов. Охрана вод Мирового океана от загрязнения.

Озера. Происхождение озер. Озерные котловины и их морфометрические характеристики. Генетические типы озерных котловин. Водные массы и водный баланс озер. Основные характеристики озерных вод: химический состав, газовый режим, температура и ее распределение по глубинам. Движение воды в озерах. Озеро как природный аквальный комплекс.

Болота. Образование болот и их эволюция. Ландшафтно-генетическая классификация болот и их географическое распределение. Водный и тепловой режим болот. Болото как природный комплекс. Мелиорация и хозяйственное использование болот.

Ледники. Определение понятия. Современное оледенение. Условия возникновения и развития ледников. Хионосфера и ее границы. Движение ледников. Значение ледников в географической оболочке.

Реки. Определение понятия «река». Гидрографическая сеть. Речные системы и их типы. Бассейн и водосбор реки. Водоразделы. Русло реки. Поперечное сечение русла и его морфометрические характеристики. Падение и уклон. Скорость течения. Распределение скоростей в живом сечении реки. Горные и равнинные реки. Питание и водный режим рек. Источники питания рек: дождевое, снеговое, ледниковое и подземное. Фазы водного режима: половодье, паводки, межень.

Расход воды в реке. Речной сток и его характеристики: объем, модуль, слой, коэффициент стока. Физико-географические факторы стока. Влияние хозяйственной деятельности на сток.

Классификация рек по источникам питания и водному режиму. Зональные типы водного режима рек (по М.И. Львовичу). Энергия и работа рек. Твердый сток и формирование речных наносов. Мутность рек.

Тепловой режим рек и его зависимость от климатических условий. Ледовые явления на реках. Фазы ледового режима рек. Ледоход осенний и весенний. Заторы. Зажоры.

Происхождение подземных вод. Понятие о подземных водах. Водно-физические свойства почвогрунтов. Водоносные и водоупорные слои. Виды воды в почвогрунтах.

Движение подземных вод. Типы подземных вод по характеру залегания: воды зоны аэрации – почвенные, верховодка и воды зоны насыщения – грунтовые и межпластовые.

Грунтовые воды: условия их питания, глубина залегания, сезонные колебания уровней, температурный режим, химический состав, степень минерализации. Зональность грунтовых вод.

Межпластовые воды и их характеристика. Артезианские воды.

Минеральные и термальные воды и их бальнеологическое значение. Источники и их классификация по различным признакам. Гейзеры. Подземные воды в областях многолетней мерзлоты.

Роль подземных вод в физико-географических процессах, их рациональное использование. Охрана подземных вод от качественного и количественного истощения.

Современные представления о литосфере. Внутреннее строение Земли. Виды земной коры. Мантия. Астеносфера. Литосфера. Тектоносфера. Ядро.

Догеологическая история Земли. Гипотеза О.Ю. Шмидта. Проблема образования земной коры.

Определение абсолютного возраста (радиометрические методы). Определение относительного возраста. Палеонтологический метод. Понятие о руководящих и транзитных формах. Палеонтологический метод. Метод фаций. Геохронологическая и стратиграфические шкалы.

Литосферные плиты. Границы литосферных плит. Смешанные и океаническая макроплиты. Типы взаимодействий литосферных плит: спрединг, субдукция, обдукция. Геофизические и геоморфологические следствия. СОХ, особенности строения, рифтовая долина, гребень, фланговая зона. Конструктивные границы. Появление океанической земной коры. Специфические формы рельефа, глубоководные желоба, островные дуги. Деструктивные границы. Преобразование океанической коры в материковую.

Тектоническое строение дна океанов. Зоны широтных глубинных разломов. Материковое подножие- шельф, (континентальный) склон.

Особенности геологического строения подвижных структур. Геосинклиналь, признаки геосинклинали. Особенности строения платформ. Щит и плита. Вертикальные колебательные движения земной коры. Особенности платформ.

Магматическое минералообразование. Магма. Дифференциации магм. Жильное минералообразование. Поверхностное минералообразование. Гипергенез. Кора выветривания. Факторы её образования. Стадии развития. Геохимическое сопряжение. Ископаемые и современные коры выветривания. Переотложение вещества истинными коллоидными растворами. Участие минеральных соединений в биологических круговоротах. Метаморфизм. Факторы метаморфизма. Его виды. Физические свойства минералов. Формы нахождения минералов в природе. Характеристика наиболее распространенных минералов.

Образование и свойства магматических горных пород (гранит, пегматит, липарит, диорит, андезит, порфирит, габбро, базальт, перидотит).

Образование осадочных пород. Седиментация. Диагенез. Классификация осадочных пород. Характеристика основных обломочных органогенных и хемогенных осадочных пород. Органогенные осадконакопление как сохранившейся элемент эволюции биоты Земли. Характеристика главнейших матаморфических пород (гнейс, кварцит, глинистый сланец, мрамор).

Содержание понятий «рельеф», «форма рельефа». Планетарные, макро-, мезо-, микроформы рельефа. Основные источники рельефообразования. Роль эндогенных и экзогенных процессов в рельефообразовании. Факторы рельефообразования. Гипсографическая кривая. Понятие о геотектуре, морфоструктуре, морфоскульптуре.

Эндогенные процессы рельефообразования. Типы тектонических движений земной коры и их отражение в рельефе.

Экзогенные процессы рельефообразования (гравитационные, флювиальные, гляциальные, мерзлотные, карстовые, прибрежноморские, биогенные). Выветривание.

Рельеф – результат совместного действия эндогенных и экзогенных процессов.

Рельеф созданный постоянными потоками. Речная долина. Элементы рельефа речной долины. Продольный профиль русла реки.

Рельефообразующая роль льда и снега в горах и на равнинах. Мерзлотный рельеф.

Процессы рельефообразования в условиях многолетней мерзлоты. Формы рельефа, обусловленные многолетним промерзанием.

Солифлюкционные формы рельефа. Термокарстовые, термоэрозионные формы.

Карстовый рельеф. Определение понятия «карст». Условия образования и развития карста.

Понятие о почве как особом природном образовании. Общая схема почвообразовательного процесса. Учение В. В. Докучаева о факторах почвообразования.

Влияние факторов почвообразования на формирование почв. Минералогический, гранулометрический и химический состав почвообразующих пород и почв. Биологические факторы почвообразования. Органическая часть почв, её специфические и неспецифические вещества. Географические закономерности гумусообразования, его качественного и количественного состава.

Географическая оболочка и ее границы. Соотношение понятий «географическая оболочка», «биосфера». Круговороты вещества и энергии в географической оболочке.

Ритмичность явлений, общие закономерности строения географической оболочки: единство и целостность, зональность и региональность, асимметрия. Основные этапы развития географической оболочки. Значение работ В. В. Докучаева, Л. С. Берга, А. А. Григорьева, С. В. Калесника в развитии учения о географической оболочке и ее основных закономерностях. Дифференциация географической оболочки. Представление о высотной поясности.

АННОТАЦИЯ

по направлению подготовки 020400 Биология по профилю подготовки Биоэкология Целью освоения дисциплины «Общая биология» является формирование у бакалавров систематизированных, комплексных знаний и умений в области общей биологии, содействие формированию и развитию у студентов общекультурных и профессиональных компетенций, позволяющих им получить глубокую фундаментальную подготовку для осуществления в дальнейшем профессиональной деятельности.

- Сформировать представление о критериях живого.

- Рассмотреть основные закономерности существования живого на разных уровнях организации.

- Содействовать формированию ценностных ориентаций личности будущих исследователей.

В результате изучения данной дисциплины студент должен:

овладеть необходимыми теоретическими знаниями о строении и свойствах живой материи;

иметь опыт проведения дискуссий по общебиологическим проблемам;

иметь представление о методологии, применяемой при изучении живых организмов.

2. Место дисциплины в структуре ОПОП бакалавриата Дисциплина относится к базовой части математического и естественнонаучного цикла дисциплин (Б.2).

Для освоения дисциплины «Общая биология» обучающиеся используют знания, умения, способы деятельности и установки, сформированные в ходе изучения дисциплин «Биология», «Химия» и «Экология» на предыдущем уровне образования.

Освоение данной дисциплины является необходимой основой для последующего изучения всех биологических дисциплин, формируя наиболее общие, базовые биологические представления.

Раздел 1. ВВЕДЕНИЕ.

Тема 1. Предмет биологии и его место в системе естественных наук. Предмет и структура биологии. Значение биологии в современной жизни. Основные этапы развития биологии. Выдающиеся ученые, внесшие наиболее заметный вклад в развитие науки. Критерии живого. Уровни организации живых систем и уровни биологических исследований:

молекулярный, субклеточный, клеточный, тканевой, органный, организменный, популяционный, биоценотический, биосферный.

Раздел 2. МОЛЕКУЛЯРНО-КЛЕТОЧНЫЕ ОСНОВЫ ЖИЗНИ Тема 2.1. Молекулярно-генетический уровень организации живого. Химические компоненты живого. Элементы, составляющие живые организмы. Вещества, составляющие живые организмы. Вода, ее роль в жизни клетки. Углеводы: моно-, ди- и полисахариды, их роль в формировании живых систем. Липиды: классификация липидов, их роль в формировании живых систем. Белки: структура белка, классификации белков, их роль в формировании живых систем. Ферменты. Классификация. Факторы, определяющие активность ферментов. Механизм действия ферментов. Нуклеиновые кислоты: ДНК и РНК, их роль в формировании живых систем. Виды РНК.

Тема 2.2. Клеточный уровень организации живого. Основные положения клеточной теории. Типы клеточной организации. Общий план строения эукариотической клетки.

Плазмалемма. Транспорт веществ через биомембраны. Ядро. Цитоплазма. Немембранные, одномембранные и двумембранные органеллы. Общий план строения прокариотической клетки. Неклеточные формы жизни (вирусы). Патогенность бактерий и вирусов. Иммунитет.

Тема 2.3. Обмен веществ и превращение энергии в клетке. Метаболизм. Превращение энергии в клетке. АТФ – универсальная энергетическая единица живых организмов.

Катаболические реакции (диссимиляция). Аэробное дыхание, его этапы. Анаэробное дыхание. Виды, этапы. Анаболические реакции (ассимиляция). Автотрофная диссимиляция. Фотосинтез, его этапы. Хемосинтез. Гетеротрофная ассимиляция.

Тема 2.4. Наследственная информация и ее реализация в клетке. Генетический код и его свойства. Свойства ДНК как вещества наследственности и изменчивости. Способность к самокопированию (репликация). Поддержание постоянства химического состава ДНК. Изменчивость ДНК. Особенности ДНК разных групп организмов. Этапы экспрессии генов. Транскрипция. Процессинг РНК. Трансляция. Посттрансляционные изменения белков. Регуляция активности генов у прокариот. Особенности регуляции генной активности эукариот. Компактизация ДНК в эукариотической клетке. Уровни структурной организации хроматина. Хромосомный набор эукариотической клетки. Понятие о линейном положении генов в хромосомах. Генная карта хромосом. Самовоспроизведение кариотипа.

Этапы клеточного цикла. Поддержание постоянства кариотипа при половом размножении.

Изменчивость кариотипа. Особенности организации генома эукариот.

Тема 2.5. Основные закономерности наследственности и изменчивости. Основные положения классической генетики. Гомозиготы, гетерозиготы. Генотип и фенотип.

Доминантные и рецессивные признаки. Понятие об аллеломорфе. Законы Менделя. Гипотеза чистоты гамет. Цитологические причины расщепления. Закон независимого наследования признаков. Тригибридное скрещивание. Хромосомная теория наследственности.

Сцепленное наследование. Кроссинговер и нарушение сцепления. Фенотипическое проявление кроссинговера (отклонения в расщеплении признаков при сцепленном наследовании). Группы сцепления и хромосомы. Генетические карты. Генетические механизмы половых различий. Наследование признаков, сцепленных с полом. Взаимодействие генов.

Множественный аллелизм. Множественное (плейотропное) действие генов. Цитоплазматическая наследственность. Виды изменчивости (комбинативная, мутационная, модификационная). Виды мутаций. Закон гомологичных рядов наследственной изменчивости Н.И. Вавилова.

Раздел 3. ОРГАНИЗМ КАК БИОЛОГИЧЕСКАЯ СИСТЕМА Тема 3.1. Тканевый уровень организации живого. Типы межклеточных контактов.

Ткани животных и растений.

Тема 3.2. Организменный уровень организации живого. Формы организации организмов. Онтогенез. Органообразующие участки. Проблема детерминации и взаимодействия частей развивающегося организма. Способы и типы роста организма. Старение и смерть. Координация и регуляция у многоклеточных организмов. Нервная регуляция, гуморальная регуляция. Мембранный потенциал, потенциал действия, передача нервного импульса по нервному волокну, синаптическая передача информации. Механизм мышечного сокращения. Гормоны. Гипоталамус, гипофиз. Тропные и эффекторные гормоны. Механизм действия гормонов. Поведение растений и животных.

Тема 3.3. Размножение и развитие организмов. Бесполое размножение: почкование, фрагментация, вегетативное размножение, спорообразование. Половое размножение животных. Основные этапы онтогенеза многоклеточных животных. Партеногенез. Половое размножение растений.

Раздел 4. НАДОРГАНИЗМЕННЫЕ УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ ЖИВОГО.

Тема 4.1. Организм и среда. Популяционные закономерности жизни. Экология.

Стратегия охраны природы. Единство организма и среды. Реакция организмов на воздействие факторов среды. Обратное воздействие организмов на среду. Вид. Популяция. Внутривидовые и межвидовые отношения организмов. Трофические связи. Понятие о биоценозах.

Тема 4.2. Биосфера. Биосфера – область распространения жизни, ее границы. Распределение жизни в биосфере. Зоны концентрации жизни. Значение солнечной радиации для распределения зон жизни. Химический состав литосферы, атмосферы и гидросферы.

Свойства и функции живого вещества. Большой геологический круговорот элементов и соединений. Малые круговороты. Биологический круговорот круговорот энергии. Большой геологический цикл углерода. Ноосфера.

Раздел 5. ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ЭВОЛЮЦИОННОГО ПРОЦЕССА.

Тема 5.1. Синтетическая теория эволюции. Микроэволюция. Популяция, генетическая изменчивость популяции, образование новых аллелей и изменение их частот, поток генов, дрейф генов, образование новых сочетаний аллелей (генотипов), изоляция и колебания численности, естественный отбор в популяции, формы естественного отбора. Вид.

Критерии вида. Видообразование. Макроэволюция. Закономерности эволюции. Основные направления и пути биологической эволюции. Доказательства эволюции. Искусственный отбор на основе наследственной изменчивости, путь к созданию сортов и пород культурных растений и домашних животных. Проблема соотношения онтогенеза и филогенеза.

«Биогенетический закон» Мюллера-Геккеля. Темпы эволюции.

Тема 5.2. Возникновение и эволюция жизни. Физико-химические условия в начале биохимической эволюции на Земле. Теория образования простых органических молекул.

Биохимическая эволюция соединений. Возраст биосферы. Начало и стадии биопоэза. Происхождение эукариот. Теории возникновения многоклеточности. Происхождение человека.

АННОТАЦИЯ

по направлению подготовки 020400 Биология по профилю подготовки Биоэкология Целью освоения дисциплины «Аналитическая химия» является содействие формированию и развитию у студентов общекультурных компетенций, позволяющих им в дальнейшем осуществлять профессиональную деятельность посредством освоения теоретических и экспериментальных основ химических, физико-химических и физических методов анализа различных объектов.

Задачи изучаемой дисциплины:

познакомить студентов с нормативными документами в области охраны труда и правилами безопасной работы в химической лаборатории;

создать чёткое представление о предмете аналитической химии, современном состоянии и путях развития аналитической химии, связи её с другими науками и практическом применении методов анализа в различных областях человеческой деятельности;

показать применение теоретических представлений химии (химической термодинамики и химической кинетики) в качественном и количественном анализе;

рассмотреть типы реакций и процессов в аналитической химии (кислотно-основные реакции, реакции комплексообразования, окислительно-восстановительные реакции);

сформировать представление о метрологических основах химического анализа;

познакомить студентов с теорией и практикой пробоотбора и пробоподготовки;

познакомить студентов с важнейшими методами обнаружения и идентификации;

познакомить студентов с методами выделения, разделения и концентрирования;

показать применение теоретических представлений физики в создании современных аналитических методов;

познакомить студентов с важнейшими методами анализа: гравиметрическим, титриметрическими, кинетическими, электрохимическими, спектроскопическими и оптическими;

познакомить студентов с основными объектами анализа.

2. Место дисциплины в структуре ОПОП бакалавриата Дисциплина «Аналитическая химия» относится к вариативной части математического и естественнонаучного цикла.

Изучение данной дисциплины базируется на знании общеобразовательной программы по следующим предметам: химия, математика, физика.

Для освоения дисциплины обучающиеся используют знания, умения, сформированные в ходе изучения дисциплин базовой части математического и естественнонаучного цикла: «Математика и математические методы в биологии», «Информатика, современные информационные технологии», «Общая химия».

В результате изучения этих дисциплин обучающийся должен уметь выполнять математические расчёты, знать основы химической термодинамики и кинетики, химию растворов, кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства веществ, уметь составлять уравнения реакций ионного обмена и окислительно-восстановительных реакций, уметь решать задачи на расчёт по уравнению реакции и на растворы, владеть основами техники работы в химической лаборатории Освоение данной дисциплины является основой для последующего изучения дисциплин вариативной части математического и естественнонаучного цикла: «Физическая и коллоидная химия», дисциплины базовой части профессионального цикла: «Биохимия и молекулярная биология», научно-исследовательской работы студента, а также для подготовки к итоговой государственной аттестации.

Предмет аналитической химии. Структура аналитической химии. Виды анализа:

изотопный, элементный, функциональный, структурный, молекулярный, фазовый. Химические, физико-химические, физические методы анализа. Макро-, микро- и ультрамикроанализ. Основные аналитические проблемы: снижение предела обнаружения; повышение точности; обеспечение экспрессности; анализ микрообъектов; анализ без разрушения; локальный анализ; дистанционный анализ. Методологические аспекты аналитической химии: индивидуальность аналитической химии, ее место в системе наук, связь с практикой.

Значение аналитической химии в развитии естествознания, техники и народного хозяйства.

Основные этапы развития аналитической химии. Современное состояние и тенденции развития аналитической химии: инструментализация, автоматизация, математизация, увеличение доли физических методов, переход к многокомпонентному анализу.

Тема 1.2. Охрана труда в химической лаборатории Документы, регламентирующие охрану труда в химической лаборатории. ГОСТы системы стандартов безопасности труда, которыми необходимо руководствоваться при работе в химических лабораториях.

Опасности и вредности в химической лаборатории.

Общие правила работы в химических лабораториях. Хранение реактивов. Документы, регламентирующие хранение реактивов. Нормативные правовые документы, регламентирующих оборот прекурсоров на территории Российской Федерации.

Основные правила безопасности при работе в химических лабораториях. Меры безопасности при работе с вредными и ядовитыми веществами. Меры безопасности при работе со взрывчатыми веществами. Меры безопасности при работе с металлическим натрием и калием, металлической ртутью. Меры безопасности при работах с применением вакуума и давления. Работа со стеклянными ампулами, содержащими сконденсированные газообразные продукты.

Первая помощь при несчастных случаях. Понятие о травме, несчастном случае, профессиональном заболевании. Меры первой помощи при отравлениях, химических и термических ожогах, ранениях. Инструктаж, проверка знаний и порядок допуска к самостоятельной работе.

Лабораторная работа № 1: «Правила безопасной работы в химической лаборатории».

Раздел 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ Тема 2.1. Метрологические основы химического анализа Основные метрологические понятия и представления: измерение, методы и средства измерений, метрологические требования к результатам измерений, погрешности, основные принципы и способы обеспечения достоверности результатов измерений. Значащие цифры и правила округления.

Единицы количества вещества. Способы выражения концентраций. Молярная, массовая, объемная, процентная, моляльная, эквивалентная концентрация. Эквивалент. Фактор эквивалентности.

Основные стадии химического анализа. Выбор метода анализа и составление схем анализа. Характеристики метода анализа: чувствительность, избирательность, точность экспрессность, автоматизация, локальность и др.

Аналитический сигнал и помехи. Измерение. Объем информации в аналитическом сигнале. Градуировочный график. Способы оценки правильности: использование стандартных образцов, метод добавок, метод варьирования навесок, сопоставление с другими методами.

Классификация погрешностей анализа. Систематические и случайные погрешности.

Погрешности отдельных стадий химического анализа. Основные характеристики метода анализа: правильность и воспроизводимость, коэффициент чувствительности, предел обнаружения, нижняя и верхняя границы определяемых содержаний.

Статистическая обработка результатов измерений. Закон нормального распределения случайных ошибок, t-распределения. Среднее, дисперсия, стандартное отклонение.

Проверка гипотезы нормальности, гипотезы однородности результатов измерений. Сравнение дисперсии и средних двух методов анализа.

Требования к метрологической оценке в зависимости от объекта и цели анализа.

Способы повышения воспроизводимости и правильности анализа.

Лабораторная работа № 2: «Расчёт погрешностей химического анализа».

Тема 2.2. Теория и практика пробоотбора и пробоподготовки Представительность пробы; проба и объект анализа; проба и метод анализа. Отбор проб гомогенного и гетерогенного состава. Способы получения средней пробы твердых, жидких и газообразных веществ; устройства и приемы, используемые при этом; первичная обработка и хранение проб; дозирующие устройства. Потери и загрязнения при пробоотборе. Хранение пробы.

Подготовка пробы к анализу. Основные способы перевода пробы в форму, необходимую для данного вида анализа; растворение в различных средах; разложение, сплавление, спекание. Особенности разложения органических соединений. Способы устранения и учета загрязнений и потерь компонентов при пробоподготовке.

Тема 2.3. Типы реакций и процессов в аналитической химии Основные типы реакций и процессов в аналитической химии: кислотно-основные, комплексообразования, окисления-восстановления, осаждения-растворения.

Химическое равновесие в реальных системах. Химическое равновесие. Константы равновесия. Факторы, влияющие на равновесие в реальных системах. Сольватация, ионизация, диссоциация. Сольватационные эффекты. Поведение электролитов и неэлектролитов в растворах. Взаимосвязь между концентрацией, степенью и константой диссоциации.

Закон В. Оствальда. Растворы сильных электролитов. Теория Дебая-Хюккеля. Ионная сила раствора. Активность и коэффициенты активности ионов.

Скорость реакций в химическом анализе. Факторы, влияющие на скорость. Зависимость скорости реакции от температуры. Быстрые и медленные реакции. Катализаторы, ингибиторы. Автокаталитические реакции. Управление реакциями и процессами в аналитической химии.

Кислотно-основные реакции. Современные представления о кислотах и основаниях.

Теория Льюиса. Протолитическая теория (теория Бренстеда-Лоури). Равновесие в системе кислота – сопряженное основание и растворитель. Константа кислотности и основности.

Кислотные и основные свойства растворителей. Константа автопротолиза. Ионное произведение воды. Водородный показатель. Влияние природы растворителя на силу кислоты и основания. Нивелирующий и дифференцирующий эффект растворителя.

Вычисления рН растворов сильных и слабых кислот и оснований, многоосновных кислот и оснований, смеси кислот и смеси оснований, амфолитов.

Кислотно-основное равновесие в многокомпонентных системах. Буферные растворы и их свойства. Расчет pH буферных растворов. Буферная емкость. Типы буферных систем, их назначение в анализе.

Гидролиз солей. Взаимосвязь между концентрацией, степенью и константой гидролиза. Влияние температуры на процессы гидролиза. Вычисления рН растворов солей, подвергающихся гидролизу. Использование реакций гидролиза в химическом анализе.

Реакции осаждения. Равновесия в системе осадок-раствор. Произведение растворимости; вывод общей формулы. Взаимосвязь между растворимостью вещества и его произведением растворимости с учетом и без учета коэффициента активности. Растворимость.

Факторы, влияющие на растворимость: влияние одноименного иона (солевой эффект), влияние конкурирующих реакций, влияние ионной силы, температуры, растворителя и др.

Дробное осаждение. Важнейшие неорганические и органические осадители.

Реакции комплексообразования. Типы комплексных соединений, используемых в аналитической химии. Классификация комплексных соединений.

Равновесия реакций комплексообразования. Ступенчатое комплексообразование.

Константы устойчивости (ступенчатые и общие).

Влияние комплексообразования на растворимость соединений, окислительновосстановительный потенциал систем, кислотно-основное равновесие, стабилизацию различных степеней окисления элементов.

Основные типы соединений, образуемых с участием органических реагентов. Хелаты, внутрикомплексные соединения. Функционально-аналитические, аналитико-активные и хромофорные группы. Важнейшие органические реагенты, применяемые в анализе для разделения, обнаружения, определения ионов металлов, для маскирования и демаскирования. Преимущества органических реагентов по сравнению с неорганическими.

Возможности использования комплексных соединений и органических реагентов в различных методах анализа.

Окислительно-восстановительные реакции. Электродный потенциал. Уравнение Нернста. Стандартный и формальный потенциалы. Связь константы равновесия со стандартными потенциалами. Направление реакции окисления и восстановления. Факторы, влияющие на направление окислительно-восстановительных реакций (pH, комплексообразование, образование малорастворимых соединений).

Основные неорганические и органические окислители и восстановители, применяемые в анализе. Методы предварительного окисления и восстановления определяемого элемента.

Раздел 3. МЕТОДЫ ОБНАРУЖЕНИЯ И ИДЕНТИФИКАЦИИ Задачи и выбор метода обнаружения и идентификации. Идентификация атомов, ионов, молекул и веществ. Чувствительность аналитических реакций; способы ее выражения. Открываемый минимум и предельное разбавление. Условия обнаружения неорганических ионов.

Избирательность и специфичность реакций. Групповые и частные реакции. Дробный и систематический анализ. Групповой реагент.

Системы качественного анализа катионов: кислотно-щелочная, сульфидная, аммиачно-фосфатная.

Физические методы обнаружения и идентификации неорганических и органических веществ.

Микрокристаллоскопический анализ, пирохимический анализ (окрашивание пламени, возгонка, образование перлов). Капельный анализ. Анализ растиранием порошков.

Хроматографические методы качественного анализа. Экспрессный качественный анализ в заводских и полевых условиях.

Качественный анализ катионов и анионов. Частные реакции. Анализ смесей.

Лабораторная работа № 3: «Анализ катионов 1 и 2 аналитических групп».

Лабораторная работа № 4: «Анализ катионов 3 и 4 аналитических групп».

Лабораторная работа № 5: «Анализ катионов 5 и 6 аналитических групп».

Лабораторная работа № 6: «Анализ анионов 1, 2 и 3 аналитических групп».

Лабораторная работа № 7: «Анализ смеси катионов».

Сущность гравиметрического анализа и границы его применимости. Ошибки в гравиметрическом анализе. Общая схема определений. Величина навески, осадка и объема раствора. Требования к осаждаемой форме. Способы отделения осадка от раствора. Промывание осадка. Требования к гравиметрической форме. Изменения состава осадка при высушивании и прокаливании. Гравиметрический фактор.

Осадки и их свойства. Кристаллические и аморфные осадки. Условия получения кристаллических осадков. Старение осадка. Причины загрязнения осадка. Классификация различных видов соосаждения (адсорбция, окклюзия, изоморфизм и др.).

Аналитические весы. Чувствительность весов и ее математическое выражение. Факторы, влияющие на точность взвешивания. Техника взвешивания.

Применение гравиметрического метода анализа. Определение неорганических и органических соединений.

Лабораторная работа № 8: «Определение кристаллизационной воды в BaCl2 • 2H2O».

Лабораторная работа № 9: «Определение бария в BaCl2 • 2H2O».

Основы метода. Сущность титриметрии. Виды титриметрических определений: прямое и обратное титрование, определение по замещению. Способы выражения концентраций растворов в титриметрии. Эквивалент. Молярная масса эквивалента. Молярная концентрация. Требования, предъявляемые к реакции в титриметрическом анализе. Классификация титриметрических методов по типу реакции и по способу выполнения. Стандартные растворы. Первичные стандарты, требования, предъявляемые к ним. Фиксаналы.

Вторичные стандарты. Кривые титрования и их виды (S-образные, линейные). Скачок титрования. Точка эквивалентности и конечная точка титрования. Измерительная посуда.

Вычисления в титриметрическом анализе.

Кислотно-основное титрование. Ацидиметрия и алкалиметрия. Точка нейтральности и конечная точка титрования. Кривые титрования. Титрование сильной кислоты сильным основанием (или наоборот); слабой кислоты сильным основанием (или наоборот); слабого основания сильной кислотой (или наоборот); слабой кислоты слабым основанием (или наоборот). Титрование многоосновных кислот и оснований, а также смесей кислот или оснований. Факторы, влияющие на скачок титрования (влияние величины констант кислотности или основности, концентрации кислот или оснований и температуры и ионной силы).

Способы обнаружения точки эквивалентности. Кислотно-основные индикаторы.

Интервал перехода индикатора. Выбор индикатора. Ошибки титрования.

Кислотно-основное титрование в неводных средах.

Практическое применение кислотно-основного титрования. Приготовление и стандартизация раствора гидроксида натрия и соляной кислоты. Первичные стандарты для установления концентрации растворов кислот и щелочей. Титрование кислот, оснований, смесей кислот и смесей оснований. Анализ смеси карбоната и гидрокарбоната натрия;

смеси карбоната и гидроксида натрия.

Комплексометрическое титрование. Теоретические основы комплексометрии. Константы устойчивости комплексных соединений. Кривые титрования в комплексонометрии. Способы определения конечной точки титрования. Ошибки титрования. Способы комплексонометрического титрования: прямое, обратное, вытеснительное, косвенное. Металлоиндикаторы и требования, предъявляемые к ним. Важнейшие универсальные и специфические металлоиндикаторы. Селективность титрования и способы ее повышения.

Роль pH в комплексометрии.

Примеры практического применения комплексонометрического титрования. Неорганические и органические реагенты в комплексометрии. Этилендиаминтетрауксусная кислота и ее динатриевая соль (ЭДТА) как реагенты в комплексонометрии. Определение кальция, магния, железа в растворах чистых солей и при совместном присутствии.

Осадительное титрование. Кривые титрования в осадительном титровании. Влияние адсорбции на точность титрования. Влияние растворимости соединений, концентрации определяемых ионов, температуры на характер кривых титрования. Индикаторы. Способы обнаружения конечной точки титрования (методы Мора, Фольгарда, Фаянса). Ошибки титрования.

Практическое применение осадительного титрования. Аргентометрия. Меркурометрия.

Окислительно-восстановительное титрование. Кривые титрования в редоксиметрии.

Факторы, влияющие на характер кривых титрования: комплексообразование, концентрация ионов водорода, ионная сила. Способы обнаружения конца титрования. Индикаторы.

Окислительно-восстановительные индикаторы. Ошибки титрования.

Практическое применение окислительно-восстановительного титрования. Предварительное окисление или восстановление.

Перманганатометрия. Определение железа (II), марганца (II), оксалатов, пероксида водорода, нитритов. Дихроматометрия. Титрование солей железа (II).

Иодометрия. Система иод-иодид как окислитель или восстановитель. Определение арсенитов, арсенатов, железа (III), меди (II), галогенид-ионов, пероксидов. Определение концентрации кислот.

Лабораторная работа № 10: «Определение титра раствора соляной кислоты по тетраборату натрия методом пипетирования.

Лабораторная работа № 11: «Определение содержания гидроксида натрия в растворе неизвестной концентрации».

Лабораторная работа № 12: «Комплексонометрия. Определение жесткости воды».

Лабораторная работа № 13: «Перманганатометрия».

Лабораторная работа № 14: «Иодометрия».

Раздел 5. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА Общая характеристика электрохимических методов.

Классификация электрохимических методов. Электрохимическая цепь (ячейки). Индикаторный электрод и электрод сравнения. Поляризационные кривые и их использование в различных электрохимических методах.

Чувствительность и селективность электрохимических методов.

Потенциометрия. Прямая потенциометрия. Измерение потенциала. Обратимые и необратимые окислительно-восстановительные системы. Индикаторные электроды. Ионометрия. Классификация ионоселективных электродов. Стеклянные и ферментные электроды. Металлические электроды. Коэффициент селективности, время отклика.

Ионометрия и рН-метрия, их практическое применение. Определение рН, ионов щелочных металлов, галогенид-ионов.

Потенциометрическое титрование. Изменение электродного потенциала в процессе титрования. Способы обнаружения конечной точки титрования. Использование реакций кислотно-основных, осаждения, комплексообразования и окисления-восстановления.

Примеры практического применения.

Кулонометрия. Теоретические основы. Закон Фарадея. Способы определения количества электричества. Кулонометр. Прямая кулонометрия и кулонометрическое титрование. Внешняя и внутренняя генерация кулонометрического титранта. Титрование электроактивных и электронеактивных компонентов. Определение конечной точки титрования. Преимущества и ограничения метода кулонометрического титрования по сравнению с другими титриметрическими методами.

Практическое применение кулонометрического метода.

Вольтамперометрия. Сущность метода вольтамперометрии. Классификация вольтамперометрических методов. Электродная ячейка. Индикаторные электроды. Преимущества и недостатки ртутного электрода. Применение твердых электродов. Получение и характеристика вольтамперной кривой. Конденсаторный (емкостный), миграционный, диффузный токи. Предельный диффузионный ток. Полярография. Уравнение Ильковича.

Уравнение полярографической волны Ильковича-Гейровского. Потенциал полуволны.

Факторы, влияющие на величину потенциала полуволны. Восстановление и окисление органических соединений.

Амперометрическое титрование. Сущность метода.

Практическое применение вольтамперометрических методов и амперометричеокого титрования.

Кондуктометрия. Прямая и косвенная кондуктометрия (кондуктометрическое титрование). Электропроводность растворов. Сущность кондуктометрического титрования. Определение точки эквивалентности по электрической проводимости. Кривые кондуктометрического титрования, их типы. Примеры кондуктометрического титрования.

Лабораторная работа № 15: «Потенциометрическое титрование. Определение концентрации соляной и уксусной кислот».

Теоретические основы спектроскопических методов анализа. Спектр электромагнитного излучения, его основные характеристики и способы их выражения (длина волны, частота, волновое число, поток излучения, интенсивность). Ультрафиолетовая, видимая и инфракрасная области спектра. Классификация спектроскопических методов. Типы спектрометров.

Спектры атомов. Основные и возбужденные электронные состояния атомов, характеристики состояний. Энергетические переходы. Законы испускания и поглощения. Характеристики спектральных линий: положение в спектре, интенсивность, полуширина.

Связь интенсивности с числом излучающих частиц.

Спектры молекул. Представление полной энергии молекул как суммы электронной, колебательной и вращательной. Особенности молекулярных спектров. Зависимость вида спектра от агрегатного состояния вещества.

Способы монохроматизации лучистой энергии. Классификация спектральных приборов. Приемники излучения: фотоэмульсия, фотоэлементы, фотоумножители, полупроводниковые приемники излучения. Систематические аппаратурные искажения.

Молекулярная спектроскопия. Связь между строением соединения и его спектром поглощения. Структурный, функциональный и количественный анализ по колебательным (ИК) и электронным (УФ, видимая) спектрам. Использование спектров атомов и молекул в аналитической химии.

Абсорбционная спектроскопия в УФ- и видимой областях спектра (спектрофотометрия). Сущность метода. Законы поглощения электромагнитного излучения и способы их выражения. Закон Бугера-Ламберта-Бера, его математическое выражение. Величины, характеризующие поглощение. Молярный коэффициент поглощения. Оптическая плотность.

Выбор условий измерения поглощения (, раствор сравнения) и построения градуировочного графика.

Спектрофотометрический метод анализа. Построение калибровочного графика.

Способы определения концентраций веществ. Дифференциальный метод. Спектрофотометрическое титрование. Использование спектрофотометрии в гибридных методах: экстракционно-фотометрические, хромато-фотометрические методы. Фотоэлектроколориметры и спектрофотометры. Применение колориметрии и спектрофотометрии.

Инфракрасная спектроскопия и спектроскопия комбинационного рассеяния. Колебания молекул. Спектры ИК и комбинационного рассеяния. Схемы приборов и методика регистрации ИК-спектров и спектров КР. Идентификация и структурно-групповой анализ.

Люминесцентная спектроскопия. Различные виды люминесценции и их классификация. Молекулярная фотолюминесценция (флуоресценция, фосфоресценция) и ее основные характеристики. Основные закономерности молекулярной фотолюминесценции. Тушение люминесценции: температурное, концентрационное, тушение посторонними примесями. Практическое применение метода.

Рефрактометрический метод анализа. Основы рефрактометрического метода анализа. Показатель преломления. Молекулярная рефракция. Зависимость показателя преломления от концентрации. Рефрактометры. Применение рефрактометрии.

Поляриметрический метод анализа. Основы поляриметрического метода. Поляризованный луч. Плоскость поляризации. Оптическая активность веществ. Удельное вращение. Определение концентраций веществ по углу вращения плоскости поляризации. Поляриметры. Область применения поляриметрии.

Лабораторная работа № 16: «Определение содержания меди (II) в растворе фотометрическим методом».

Лабораторная работа № 17: «Определение содержания железа (III) в растворе фотометрическим методом».

Атомная спектроскопия. Источники атомизации и возбуждения: электрические разряды (дуговые, искровые, пониженного давления), пламена, индуктивно-связанная плазма, лазеры. Основные характеристики источников атомизации.

Атомно-эмиссионный анализ. Спектрографический и спектрометрический методы анализа, их особенности, области применения. Качественный и количественный анализ.

Количественная зависимость между интенсивностью спектральных линий и концентрацией. Метод эмиссионной спектрометрии пламени. Подготовка пробы к анализу, особенности введения пробы в пламена.

Атомно-абсорбционный метод. Основы метода, способы получения поглощающего слоя атомов (использование различных типов атомизаторов, их характеристики). Источники излучения, их характеристики. Спектрофотометрические величины, связь между этими величинами и концентрацией элемента в пробе. Возможности, преимущества и недостатки метода, его сравнение с эмиссионными методами (точность, экспрессность, мешающие влияния).

Тема 5.3. Основные методы разделения и концентрирования. Хроматография.

Основные методы разделения и концентрирования, их выбор и оценка. Сочетание различных методов разделения и концентрирования. Сочетание методов разделения и концентрирования с физико-химическими и физическими методами определения. Гибридные методы. Константы распределения. Коэффициент распределения. Степень извлечения. Фактор разделения. Коэффициент концентрирования.

Осаждение и соосаждение. Применение неорганических и органических реагентов для осаждения. Концентрирование микроэлементов соосаждением на неорганических соосадителях (коллекторах).

Экстракция. Закон распределения. Скорость экстракции. Реэкстракция. Разделение элементов методом экстракции. Способы осуществления экстракции (периодическая, непрерывная, противоточная экстракция). Практическое использование экстракции.

Сорбция. Механизм сорбции. Физическая адсорбция и хемосорбция. Ионнообменники. Хелатообразующие сорбенты. Неорганические сорбенты.

Хроматография. Основные принципы метода. Классификация хроматографических методов (по агрегатному состоянию, по механизму взаимодействия сорбента и сорбата, по технике выполнения и по цели). Способы получения хроматограмм (элюентная, фронтальная, вытеснительная). Хроматографические параметры. Основные теоретические положения. Концепция теоретических тарелок, ее недостатки. Кинетическая теория. Типы стационарных и подвижных фаз.

Виды хроматографии. Газовая хроматография (газожидкостная, газотвердофазная).

Основные теоретические положения. Жидкостная колончатая хроматография (адсорбционная, распределительная, ионнообменная, эксклюзионная). Высокоэффективная жидкостная хроматография (хроматография высокого давления). Плоскостная хроматография (бумажная и тонкослойная). Получение и анализ плоскостных хроматограмм. Использование плоскостной хроматографии в качественном и количественном анализе.

Лабораторная работа № 18: «Разделение Сu2+ и Fe3+ методом хроматографии на бумаге».

Аналитический сигнал. Способы определения неизвестной концентрации вещества по данным кинетических измерений (способ тангенсов, фиксированного времени, фиксированной концентрации). Некаталитические и каталитические методы. Чувствительность и селективность кинетических методов.

Примеры практического применения. Определение органических и неорганических соединений. Использование каталитических реакций для определения малых количеств веществ.

Тема 5.5. Масс-спектрометрические методы анализа Общие представления о масс-спектрометрическом методе анализа. Аналитическая характеристика метода. Способы ионизации и их аналитическое использование. Принцип работы и схема масс-спектрометра с магнитным масс-анализатором. Применение массспектрометрии для анализа органических соединений и элементного и изотопного анализа. Определение примесей в твердых веществах методом искровой масс-спектрометрии.

АННОТАЦИЯ

по направлению подготовки 020400 Биология по профилю подготовки Биоэкология Целью изучаемой дисциплины является освоение системы знаний о фундаментальных теоретических и экспериментальных основах физической и коллоидной химии; овладение умениями характеризовать строение, физические и химические свойства веществ на основе законов химической термодинамики, кинетики, коллоидной химии; овладение экспериментальными учениями и навыками; развитие познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей, развитие логики и физико-химического мышления; воспитание чувства ответственности за применение полученных знаний, умений и навыков.

1. Место дисциплины в структуре ОПОП бакалавриата Дисциплина «Физическая и коллоидная химия» является дисциплиной вариативной части математического и естественнонаучного цикла.

Дисциплина «Физическая и коллоидная химия» занимает важное место в системе подготовки специалиста-биохимика, способного решать задачи, связанные с выбором метода анализа в конкретной ситуации и умением его применить. Изучение данной дисциплины призвано подготовить студента биохимика работать с основными типами приборов, используемых в анализе, оформлять протоколы анализов, самостоятельно работать с учебной и справочной литературой, осуществлять организацию научноисследовательской деятельности. Освоение данной дисциплины является основой для последующего изучения дисциплин по выбору вариативной части математического и естественнонаучного цикла: «Нанобиотехнология», «Радиобиология», «Методы оценки состояния окружающей среды», дисциплин базовой части профессионального цикла:

«Биофизика», «Генетика и эволюция».

Тема 1. Газовые законы Газовые законы. Уравнение состояния идеального газа. Смесь идеальных газов. Некоторые сведения из кинетической теории газов «для идеальных газов». Законы распределения молекул по энергиям и скоростям. Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса.

Уравнение с вириальными коэффициентами.

Лабораторная работа № 1 «Определение молярной массы углекислого газа измерением его объема в газообразном состоянии»

Тема 2. Термодинамика Предмет термодинамики. Термодинамические системы и их классификации. Термодинамические свойства (параметры). Интенсивные и экстенсивные параметры. Обобщенные координаты и обобщенные силы. Термодинамический процесс.

Термическое равновесие системы. Закон транзитивности теплового равновесия. (Нулевой закон термодинамики). Температура. Температурные шкалы.

Внутренняя энергия. Теплота и работа как формы передачи энергии.

Первый закон термодинамики. Функция состояния. Обмен энергии в форме работы.

Работа различного рода. Работа расширения идеального газа. Равновесные, обратимые и неравновесные процессы. Максимальная работа. Процессы при постоянной температуре, объеме, и давлении. Энтальпия. Адиабатный процесс.

Обмен энергии в форме теплоты. Теплоемкость и ее зависимость от температуры.

Теория теплоемкости газов и твердых веществ.

Иллюстрации значения первого закона термодинамики для изучения биологических процессов.

Тепловые эффекты химических реакций. Понятие о тепловом эффекте. Стандартные состояния и стандартные теплоты химических реакций. Закон Гесса и его следствия. Термохимические уравнения. Теплоты образования, сгорания, растворения. Зависимость теплового эффекта химических реакций от температуры. Уравнения Кирхгофа. Энергии химических связей.

Второй закон термодинамики и его различные формулировки. Энтропия. Процессы равновесные и неравновесные. Теорема Карно-Клаузиуса и максимальный коэффициент полезного действия. Температура как интегрирующий множитель. Уравнение второго закона термодинамики для обратимых и необратимых процессов. Некомпенсированная теплота Клаузиуса и работа, потерянная в необратимом процессе. Изменение энтропии как критерий возможности самопроизвольного протекания процесса в изолированной системе. Изменение энтропии при химической реакции и фазовых переходах.

Постулат Планка. Вычисление абсолютного значения энтропии. Энтропия и вероятность. Статистическая интерпретация. Уравнение Больцмана.

Термодинамические потенциалы Гиббса и Гельмгольца. Физически смысл энергии Гиббса и Гельмгольца. Стандартные условия термодинамических величин. Условия самопроизвольного протекания процессов.

Характеристические функции и их свойства. Уравнения Гиббса-Гельмгольца. Соотношения Максвелла и их использование для различных термодинамических расчетов.

Изменение термодинамических функций в открытых системах. Химический потенциал. Летучесть реальных газов. Третий закон термодинамики.

Лабораторная работа № 2 « Определение теплоты нейтрализации»

Тема 3. Химическое равновесие Химическое равновесие. Закон действующих масс. Термодинамический вывод закона действующих масс. Различные виды констант (Кр, Кс, Кх) и связь между ними.

Химическое равновесие в идеальных и неидеальных системах. Представление о летучести и активности. Расчеты выходов химических реакций с помощью констант равновесия.

Уравнения изотермы, изобары и изохоры химической реакции. Зависимость констант равновесия от температуры. Уравнение Вант-Гоффа.

Термодинамические расчеты констант равновесия. Гетерогенные химические равновесия. Смещение химического равновесия. Принцип Ле Шателье-Брауна.

Лабораторная работа № 3 «Смещение химического равновесия»

Тема 4. Фазовые равновесия Агрегатные состояния и их характеристика.

Гетерогенные системы. Понятие фазы, компонента, степени свободы. Правило фаз Гиббса. Условия равновесия между фазами.

Однокомпонентные системы. Диаграммы состояния воды. Фазовые переходы первого рода. Уравнение Клайперона- Клаузиуса.

Двухкомпонентные и простейшие трехкомпонентные системы.

Лабораторная работа № 4 «Изучение кристаллизации веществ из растворов при низких температурах»

Тема 5. Растворы неэлектролитов и электролитов Электролиты и не электролиты. Коллигативные свойства электролитов. Изотонический коэффициент, его связь со степенью диссоциации. Основные положения теории электролитической диссоциации Аррениуса. Степень диссоциации электролитов. Константа диссоциации слабого электролита. Закон разведения Оствальда.

Растворы сильных электролитов. Основные положения теории сильных электролитов (теория Дебая-Гюккеля). Понятие средней активности и среднего коэффициентами активности; их связь с активностью и коэффициентами активности отдельных ионов Ионная сила растворов. Ионная атмосфера и ассоциация ионов. Уравнения для коэффициента активности в первом, втором и третьем приближении теории Дебая-Гюккеля.

Электропроводность растворов электролитов. Удельная электропроводность и её зависимость от концентрации. Эквивалентная электропроводность. Числа переноса ионов.

Законы Фарадея. Связь электропроводности со скоростями движения ионов. Подвижность ионов. Закон Кольрауша. Аномальная подвижность ионов водорода и гидроксид-ионов.

Лабораторная работа № 5 «Измерение электропроводности растворов электролитов»

Тема 6. Равновесные электродные процессы Электродные процессы. Общая характеристика электрохимических процессов. Понятие электродного потенциала.

Электрохимические цепи (гальванические элементы): химические и концентрационные. Измерение ЭДС. Электроды сравнения. Электрохимический метод измерения рН.

Электроды для измерения рН: водородный, стеклянный.

Формула Нернста для ЭДС и электродных потенциалов. Термодинамика гальванического уравнения Гиббса-Гельмгольца. Направленность электрохимических процессов.

Водородная шкала электродных потенциалов Стандартные электродные потенциалы некоторых электродов в водных растворах. Электрохимический ряд напряжений.

Лабораторная работа № 6 «Определение молярной массы эквивалента меди электролизом раствора сульфата меди»

Тема 7. Химическая кинетика Предмет и задачи химической кинетики. Механизмы химических реакций. Несоответствие механизмов химических реакций и их стехиометрических уравнений.

Основные понятия химической кинетики. Скорость химических реакций. Гомогенные и гетерогенные реакции. Простые и сложные реакции. Элементарные стадии. Основной постулат химической кинетики (закон действующих масс). Порядок и молекулярность реакций. Методы определения порядка реакции и константы скорости химической реакции.

Простые химические реакции. Кинетика необратимых гомогенных реакций первого, второго и более высоких порядков. Определение константы скорости, порядка реакции и вида кинетического уравнения.

Важность использования кинетических уравнений формальной кинетики для исследования биологических процессов на примере фармакокинетики. Константа элиминации и время полувыведения в фармакокинетике.

Влияние температуры на скорость химической реакции. Правило Вант -Гоффа.

Уравнение Аррениуса. Энергия активации. Определение ее из экспериментальных данных.

Понятие о цепных и фотохимических реакциях. Цепные реакции. Элементарные процессы возникновения, продолжения, разветвления и обрыва цепей. Неразветвленные и разветвленные цепные реакции. Ингибиторы цепных реакций.

Фотохимические реакции. Элементарные фотохимические процессы. Закон фотохимической эквивалентности Эйнштейна. Квантовый выход. Сенсибилизированные реакции. Хемилюминесценция. Биолюминесценция. Значение фотохимических и радиационно-химических реакций в природе.

Основные понятия катализа. Гомогенный и гетерогенный катализ. Катализаторы.

Особенности ферментативного катализа.

Ферментативная кинетика. Уравнение Михаэлиса -Ментена. Конкурентное и неконкурентное ингибирование.

Лабораторная работа № 7 « Изучение скорости инверсии сахара»

Тема 8. Введение: основные понятия и физико-химия дисперсных систем и поверхностных явлений Определение, основные задачи и направления коллоидной химии – крупной самостоятельной области химической науки, изучающей свойства вещества в дисперсном состоянии и поверхностные явления в дисперсных системах, условия возникновения, характерные свойства и устойчивость микрогетерогенных дисперсных систем как систем с предельно развитой поверхностью раздела между фазами. Значение коллоидной химии для различных отраслей науки и техники. Роль коллоидной химии в изучении биологических систем и биологических процессов.

Классификация дисперсных систем по интенсивности межфазных молекулярных взаимодействий (лиофильные и лиофобные дисперсные системы), дисперсности, агрегатному состоянию фаз и способности образовывать трехмерные структуры.

Растворы биополимеров-белков, как пример лиофильных коллоидных систем. Бактерии – «живые» коллоиды. Мембраны – двусторонние тонкие пленки – структурированные коллоидные образования.

Конденсационные и диспергационные методы получения коллоидных систем. Очистка коллоидных систем: диализ, электродиализ, ультрафильтрация.

Граница раздела фаз; ее силовое поле. Поверхностное натяжение (удельная свободная поверхностная или межфазная энергия) как характеристика этого поля; молекулярное давление. Основы термодинамики поверхностных явлений. Сгущение термодинамических функций в поверхностном слое. Влияние температуры на удельные термодинамические функции поверхностного слоя. Критическая точка по Д.И. Менделееву.

Статические, полустатические и динамические методы измерения поверхностного натяжения на легкоподвижных границах фаз. Межфазное натяжение на поверхности раздела насыщенных растворов двух взаимно ограниченно растворимых жидкостей, правило Антонова.

Явления капиллярности и смачивания. Термодинамические условия смачивания и растекания (полного смачивания) на твердых и жидких поверхностях. Краевой угол, теплота смачивания. Избирательное смачивание.

Лио-(гидро-)фильные и лио-(гидро-)фобные поверхности. Работа когезии и адгезии.

Адгезия бактерий на твердых поверхностях.

Капиллярное давление. Закон Лапласа. Закон Томсона (Кельвина). Самопроизвольные процессы собирательной рекристаллизации, изотермической перегонки веществ, капиллярной конденсации пара в узких порах адсорбента. Роль капиллярных явлений в агротехнике и биологии.

Лабораторная работа № 8«« Свойства поверхностей раздела фаз ».

Тема 9.Адсорбционные слои и их влияние на свойства дисперсных систем Адсорбция из растворов на жидких и твердых поверхностях как самопроизвольное сгущение на границе раздела фаз массы компонентов, понижающих поверхностное (межфазное) натяжение. Поверхностно-активные вещества (ПАВ), их классификация по молекулярному строению (анион-, катионактивные, амфолитные, неионогенные, низко- и высокомолекулярные) и по механизму действия (смачиватели, диспергаторы, стабилизаторы, моющие средства). Белки, ферменты, липиды, гликолипиды, липополипептиды – природные поверхностно-активные вещества (Био-ПАВ). Представление о гидрофильноолеофильном балансе молекул ПАВ. Поверхностно-инактивные вещества.

Поверхностная активность. Зависимость поверхностного натяжения от концентрации раствора ПАВ; уравнение Шишковского. Адсорбционное уравнение Гиббса и его применение. Правило Траубе-Дюкло. Специфика поверхностной активности высокомолекулярных ПАВ (белков, ферментов).

Закономерности молекулярной адсорбции из растворов. Правило уравнивания полярностей Ребиндера. Уравнение изотермы мономолекулярной адсорбции Ленгмюра. Связь с уравнением изотермы Шишковского. Адсорбционная активность ПАВ.

Влияние адсорбционных слоев ПАВ на смачивание и адгезию, гидрофилизация и гидрофобизация поверхностей. Строение адсорбционных слоев низко- и высокомолекулярных ПАВ.

Двумерное состояние вещества в адсорбционном слое. Слои малорастворимых ПАВ на жидких поверхностях. Двумерное (поверхностное) давление. Уравнение двумерного состояния вещества. Методы определения молекулярных констант адсорбционных слоев поверхностно-активных веществ. Определение молекулярных масс белков с помощью весов Ленгмюра. Специфика двумерного состояния биополимеров.

Использование весов Ленгмюра в исследованиях биологически активных веществ и некоторых биопроцессов. Изотерма двумерного давления биологически активных веществ (ферменты, белки, липиды, жирные кислоты, желчные соли, лекарственные вещества).

Коллапс монослоев – пример двухмерного фазового превращения. Использование метода монослоев для изучения механизма биохимических реакций. Ленгмюровские пленки на основе монослоев ПАВ как модели организованных структур.

Лабораторная работа № 9 «Адсорбция».

Тема 10. Лиофильные дисперсные системы. Микроэмульсии.

Равновесие в лиофильных коллоидных системах. Критерий лиофильности по Ребиндеру и Щукину. Самопроизвольное диспергирование.

Коллоидные свойства поверхностно-активных веществ. Мицеллообразование. Методы определения критической концентрации мицеллообразования (ККМ).

Гидрофобные взаимодействия. Структура воды. Термодинамика гидрофобных взаимодействий. Бинарная фазовая диаграмма для системы вода/ПАВ.

Растворы белков и высокомолекулярных веществ как лиофильные дисперсные системы. Общность физико-химической природы мицеллообразования в мылах и перехода клубок-глобула в белках. Внутримолекулярные мицеллы в дифильных полиэлектролитах.

Обращенные мицеллы ПАВ в неводных растворителях. Числа агрегации. Реакции в мицеллах и мицеллярный катализ.

Тройная фазовая диаграмма для системы вода/масло/дифильное поверхностноактивное вещество. Солюбилизация как коллоидно-химическое явление. Закономерности солюбилизации в мицеллах и глобулярных белках.

Роль гидрофобных взаимодействий в процессах обмена и переноса липидных веществ в организме. Фермент-субстратные взаимодействия как пример биотехногенного процесса.

Микроэмульсии. Теория фазового состояния. Взаимодействия и реакции в микроэмульсиях. Коллоидно-химические явления при эмульсионной полимеризации. Роль поверхностно-активных коллоидов - растворов солей желчных кислот в процессе ассимиляции жиров организмом.

Лабораторная работа № 10 «Лиофильные дисперсные системы».

Тема 11. Молекулярно-кинетические, оптические, электрические свойства дисперсных систем. Коагуляция коллоидных систем электролитами.

Броуновское движение. Теория броуновского движения по ЭйнштейнуСмолуховскому, экспериментальная проверка теории Перреном, Сведбергом, Вавиловым.

Диффузия в коллоидных системах. Уравнение Эйнштейна. Осмотические явления в коллоидных системах, их роль в биологических процессах.

Седиментация в дисперсных системах. Уравнение Сведберга-Одена. Седиментационно-диффузионное равновесие Перрена-Больцмана; время установления равновесия.

Применение центрифуги и ультрацентрифуги (Думанский, Сведберг).

Рассеяние и поляризация света в коллоидных системах. Закон Рэлея и условия его применимости.

Нерэллеевское рассеяние и поглощение света непроводящими и проводящими частицами. Окраска коллоидных систем. Окрашенные коллоидные растворы в природе и технике. Двойное лучепреломление в коллоидных системах.

Электрокинетические явления: электрофорез, электроосмос, потенциалы седиментации и протекания. Электрокапиллярные явления.

Современные представления о структуре двойного электрического слоя на границе раздела фаз. Электрокинетический потенциал. Строение мицелл в гидрофобных коллоидных системах.

Влияние индифферентных и неиндифферентных электролитов на электрокинетический потенциал и заряд коллоидных частиц. Перезарядка частиц.

Уравнение Гельмгольца-Смолуховского для определения электро-осмотического (электрофоретического) переноса; методы определения электрокинетического потенциала.

Обессоливание воды методом электродиализа и обратного осмоса.

Состояние полиэлектролитов с одноименно заряженными группами в растворах. Амфолиты, белки, изоэлектрическое и изоионное состояния. Уравнение Михаэлиса для определения изоэлектрической точки белка. Использование электрофореза для фракционирования и установления гомогенности, определения изоточки и изучения комплексообразования белков.

Коагуляция гидрофобных золей электролитами. Кинетика быстрой и медленной коагуляции по Смолуховскому. Основы современной теории коагуляции лиофобных золей электролитами. Правило Шульце-Гарди. Пептизация. Взаимная коагуляция золей. Коагуляция в водных растворах полиэлектролитов. Высаливание белков при добавлении электролитов. Явление коацервации, ее роль в биологических процессах, в процессах фазоразделения. Микрокапсулирование.

Лабораторная работа № 11« Коагуляция »

Тема 12. Структурообразование.

Развитие пространственных структур в дисперсных системах. Кристаллизационноконденсационные и коагуляционные структуры. Природа контактов между элементами структуры. Образование кристаллизационно-конденсационных дисперсных структур при выделении и срастании частиц новой фазы.

Дисперсные структуры, формирующиеся в высокомолекулярных соединениях и их концентрированных растворах. Диаграмма состояния высокомолекулярное соединение– растворитель–осадитель. Образование и строение гелей белков (на примере перехода желатина-коллаген). Конформационные превращения в процессе структурообразования и роста новой фазы в лиофильных дисперсных системах. Явления синерезиса и набухания.

Коллоидные свойства протоплазмы.

Фазоразделение Био-ПАВ на границах раздела. Формирование прочных двумерных структур. Белок-липидные структуры – модели биомембран.

Лабораторная работа № 12 «Реология»

Тема13. Реологические и структурно-механические свойства дисперсных систем Реологические свойства дисперсных систем. Уравнение Ньютона; уравнение Эйнштейна, причины аномалии вязкости дисперсных систем. Уравнение Бингама. Прочность дисперсных систем. Предельное напряжение сдвига. Природа упругости (высокоэластичности) дисперсных систем. Понятие о релаксации напряжения и упругом последействии.

Реологические кривые течения.

Тиксотропия как обратимое восстановление коагуляционных структур после механического разрушения в процессе течения; зависимость эффективной вязкости от напряжения сдвига. Роль тиксотропии в биологии и технологических процессах. Реологические особенности гелей биополимеров. Реология крови.

Реологические методы исследования межфазных адсорбционных слоев Био-ПАВ, типы реологических кривых.

Лабораторная работа № 13 «Вязкость»

Тема14. Устойчивость и стабилизация дисперсных систем Агрегативная и седиментационная устойчивость. Термодинамическая устойчивость лиофильных дисперсных систем. Условия самопроизвольного диспергирования. Молекулярные взаимодействия в дисперсных системах. Константы Гамакера. Потенциальная энергия взаимодействия частиц.

Факторы агрегативной устойчивости лиофобных дисперсных систем. Эффект Марангони-Гиббса как фактор стабилизации пленок, пен и эмульсий. Структурно-механический барьер по Ребиндеру как фактор сильной стабилизации. Стабилизирующее действие двойных диффузных слоев ионов, электростатическая составляющая расклинивающего давления. Теория устойчивости дисперсных систем по Дерягину-Ландау-Фервею и Овербеку.

Эмульсии, их классификация и методы получения, обращение фаз в эмульсиях. Практическое получение эмульсий. Стабилизация эмульсий. Реологические свойства межфазных адсорбционных слоев белков и поверхностно-активных полимеров и их роль в устойчивости и коалесценции концентрированных эмульсий.

Пены: методы получения, устойчивость. Устойчивость «черных» пленок. Двусторонние пленки белков и липидов.

Лабораторная работа № 14 « Изучение свойств дисперсных систем».

Тема 15. Предмет и основные понятия химии высокомолекулярных соединений Макромолекула, звено полимерной цепи, способы соединения звеньев в макромолекулы. Важнейшие свойства полимеров, вытекающие из их длинноцепочечного строения и отличающие их от низкомолекулярных веществ. Высокая эластичность, способность к образованию анизотропных ориентированных структур, явление набухания и образование гелей. Свойства полимеров, важные для биологии, в том числе способность преобразовывать химическую энергию в механическую работу – хемомеханические машины, иерархия макромолекулярных структур и способность запоминать и хранить информацию.

Тема 16. Химическая классификация полимеров Химическая классификация полимеров. Гомоцепные (карбоцепные) и гетероцепные полимеры, важнейшие представители и области применения. Модельные и биологические макромолекулы. Неорганические и элементоорганические полимеры. Агрегатные физические состояния полимеров.

Важнейшие характеристики макромолекул: молекулярная масса, степень полимеризации. Молекулярно-массовое распределение и его параметры. Понятие среднечисленной и средневесовой молекулярных масс и параметра полидисперсности.

Лабораторная работа № 16 «Строение и свойства изолированных макромолекул».

Тема 17. Строение и свойства изолированных макромолекул Конфигурационная изомерия макромолекул, важнейшие типы конфигурационных изомеров полимерных цепей и способы их изображения. Стереорегулярные синтетические полимеры: изо- и синтактические.

Представление о пространственном строении модельных и биологических макромолекул – белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов. Связь пространственной структуры макромолекул и способов их синтеза. Основные методы синтеза макромолекул – полимеризация (свободнорадикальная и ионная) и поликонденсация. Молекулярно-массовые распределения полимеров, образующихся в результате полимеризации и поликонденсации.

Конформации макромолекул. Внутреннее вращение в полимерных цепях и гибкость макромолекул. Изолированная цепь. Представление о форме и размерах полимерной цепи.

Свободно-сочлененная цепь, конформация клубка, функция распределения расстояний между концами цепи. Средние размеры идеальной цепи, степень свернутости и гибкость цепи.

Пространственное строение, заторможенность внутреннего вращения, объемные эффекты и гибкость макромолекул. Соотношение между размерами идеальной и реальной цепи. Понятие статистического сегмента и оценка гибкости полимерной цепи. Энтропийная природа упругости идеальной цепи и ее связь с высокоэластичной деформацией каучуков.

Представление об упорядочных (регулярных) конформациях макромолекул. Регулярные конформации важнейших модельных и биологических макромолекул. Вторичные структуры белков и нуклеиновых кислот.

Конформации полипептидных цепей – -спираль и -форма. Связь вторичной структуры с пространственным строением и первичной структурой полипептидных цепей.

Роль водородных связей в стабилизации вторичной структуры биополимеров. Природа кооперативной стабилизации вторичных структур в белках и нуклеиновых кислотах.

Кооперативный характер разрушения вторичных структур. Основы теории конформационных переходов спираль-клубок в однонитевых и двухнитевых модельных биополимерах. Сравнение выводов теории и экспериментальных исследований конформационных переходов. Факторы, вызывающие конформационные превращения. Представление о третичной и четвертичной структуре биополимеров.

Лабораторная работа № 17 « Полиэлектролиты ».

Тема 18. Коллоидно-химические основы охраны окружающей среды Очистка гидросферы (воды) от коллоидных частиц загрязнений. Использование принципов коагуляции и флокуляции. Фильтрование и ультрафильтрация. Центрифугирование.

Очистка воды от поверхностно-активных загрязнений. Применение пенной сепарации.

Очистка воды от токсичных загрязнений, растворимых в воде. Использование адсорбции и ионообменных колонок. Управление выпадением осадков путем добавления зародышей кристаллизации.

Комплексные способы очистки воды, включающие микробиальную очистку, гетерокоагуляцию, электрофлотацию.

Лабораторная работа № 18« Исследование воды».

АННОТАЦИЯ

по направлению подготовки 020400 Биология по профилю подготовки Биоэкология Целью освоения дисциплины «Органическая химия» является содействие формированию и развитию у студентов общекультурных компетенций, позволяющих им в дальнейшем осуществлять профессиональную деятельность посредством освоения теоретических и экспериментальных основ органической химии.

Задачи изучаемой дисциплины:

создать чёткое представление о предмете органической химии, современном состоянии и путях развития органической химии, связи ее с другими областями химических знаний (биохимии, химии высокомолекулярных соединений, молекулярной биологии и т.д.) сформировать представление о биологическом значении и практическом применении органических веществ (эфиров, аминокислот, витаминов, лекарств, красителей и показать применение теоретических представлений химии (общей, неорганической химии, аналитической химии) в изучении строения и свойств органических веществ;

рассмотреть основные типы органических реакций и реагентов, лежащих в основе получения органических веществ и характеризующих их свойства;

познакомить студентов с теорией и практикой работы с важнейшей лабораторной посудой и оборудованием;

Дисциплина «Органическая химия» относится к вариативной части математического и естественнонаучного цикла.

Изучение данной дисциплины базируется на знании общеобразовательной программы по следующим предметам: химия, математика, физика.

Для освоения дисциплины обучающиеся используют знания, умения, сформированные в ходе изучения дисциплин базовой части математического и естественнонаучного цикла: «Математика и математические методы в биологии», «Общая химия», «Физика», дисциплин вариативной части математического и естественнонаучного цикла: «Аналитическая химия».

В результате изучения этих дисциплин обучающийся должен уметь составлять формулы органических веществ по их названиям, давать названия органическим веществам с известной формулой, характеризовать свойства веществ, основываясь на их строении, записывать уравнения органических реакций, знать свойства основных классов органических веществ (углеводороды, кислород- и азотсодержащие соединения) и важнейшие способы их получения, иметь представление о типах органических реакций и реагентов, механизмах органических реакций (замещение, присоединение, отщепление), владеть основами техники работы в химической лаборатории, включая охрану труда при работе в химической лаборатории.

Освоение данной дисциплины является основой для последующего изучения дисциплин базовой части профессионального цикла: «Биохимия и молекулярная биология», «Введение в биотехнологию», «Физиология растений», «Физиология человека и животных, высшая нервная деятельность».

Раздел 1. Введение Предмет органической химии, её связь с биологией. Основные положения теории А.М. Бутлерова. Классификация органических соединений. Основные функциональные группы. Номенклатура органических соединений: тривиальная, рациональная, систематическая. Особенности органических соединений. Изомерия структурная и пространственная (геометрическая и оптическая).

Взаимное влияние атомов в молекулах. Типы электронных смещений: индуктивный и мезомерный эффекты.

Типы органических реакций и реагентов. Представление о механизме органических реакций. Гомо- и гетеролитический разрыв ковалентной связи. Электрофильные, нуклеофильные и радикальные реагенты. Типы промежуточных частиц (интермедиатов): карбокатионы, карбоанионы, радикалы.

Раздел 2. Углеводороды 2.1. Алканы Гомологический ряд. Изомерия. Номенклатура. Природа С-С- и С-Н-связей. Понятие о конформациях алканов, проекции Ньюмена. Природные источники и методы синтеза. Химические свойства: галогенирование, нитрование, сульфохлорирование. Механизм свободнорадикальных реакций замещения.

2.2. Алкены Гомологический ряд. Структурная изомерия. Номенклатура. Природа двойной связи С-С. Геометрическая изомерия. Способы получения. Химические свойства: гидрогалогенирование, галогенирование, гидратация. Механизм электрофильного присоединения к ненасыщенным системам. Правило Марковникова и его современное толкование. Карбокатионы и их стабильность. Окислительно-восстановительные реакции алкенов.

2.3. Алкины Изомерия. Номенклатура. Природа тройной С-С-связи. Методы синтеза. Химические свойства: гидрирование, галогенирование, гидрогалогенирование, гидратация по Кучерову, присоединение спиртов. С-Н-кислотность ацетилена и алкинов-1.

2.4. Алкадиены Типы диенов. Сопряжённые диены, особенности строения и свойств. Механизм электрофильного 1,2- и 1,4- присоединения, кинетический и термодинамический контроль.

Диеновый синтез. Полимеризация диенов. Понятие об изопреноидах (терпены, каротиноиды).

2.5. Циклоалканы Общая формула. Номенклатура. Изомерия. Устойчивость циклов. Напряжение угловое и торсионное. Конформации циклогексана и его производных. Аксиальные и экваториальные связи. химические свойства малых циклов.

2.6. Ароматические углеводороды.

Понятие об ароматичности. Правило Хюккеля. Современные представления о строении бензола.

Энергия стабилизации ароматической системы в бензоле. Механизм электрофильного ароматического замещения. Реакции галогенирования, нитрования, сульфирования, алкилирования, ацилирования.

Изомерия и номенклатура производных бензола. Влияние заместителей на реакционную способность бензольного ядра и ориентацию при электрофильном ароматическом замещении.

Полициклические ароматические системы (дифенил, нафталин, антрацен, фенантрен).

Раздел 3. Галогенпроизводные углеводородов Алифатические галогенпроизводные. Природа связи углерод-галоген. Способы получения. Химические свойства. Реакции нуклеофильного замещения галогена на гидроксильную, алкоксильную, амино-, циано-, нитрогруппы. Механизм моно- и бимолекулярного нуклеофильного замещения у насыщенного атома углерода. Реакции элиминирования галогенводорода. Конкуренция реакций замещения и элиминирования.

Взаимодействие алкилгалогенидов с металлами. Реактивы Гриньяра, их свойства и применение в органическом синтезе.

Ароматические галогенпроизводные. Введение галогена в кольцо и боковую цепь.

Раздел 4. Спирты и фенолы Одноатомные спирты. Гомологический ряд, изомерия, номенклатура. Способы получения. Физические свойства спиртов, влияние на них водородных связей. Химические реакции спиртов с участием связей О-Н и С-О. Дегидратация и окисление спиртов. Многоатомные спирты. Глицерин. Способы получения, химические свойства, применение. Понятие о простых эфирах, тиоспиртах и тиоэфирах. Фенолы. Получение фенола и его свойства. Взаимное влияние гидроксильной группы и бензольного кольца. Многоатомные фенолы. Окисление фенолов в хиноны. Хиноидная структура как хромофорная группа.

Раздел 5. Альдегиды и кетоны Номенклатура, изомерия. Способы получения. Строение карбонильной группы. Химические свойства: реакции с нуклеофилами, образование полуацеталей и ацеталей, альдольная конденсация, окислительно-восстановительные реакции.

Ароматические альдегиды и кетоны: бензальдегид, ацетофенон, их получение и свойства.

Раздел 6. Карбоновые кислоты и их производные 6. 1. Монокарбоновые кислоты Монокарбоновые кислоты. Гомологический ряд, номенклатура. Способы получения.

Строение карбоксильной группы. Физические и химические свойства. Кислотные свойства, строение карбоксилат-иона. Получение производных карбоновых кислот: галогенангидридов, ангидридов, сложных эфиров, амидов. Непредельные монокарбоновые кислоты:

строение, свойства, биологическое значение. Ароматические кислоты. Свойства и применение бензойной кислоты.

6. 2. Сложные эфиры Сложные эфиры карбоновых кислот. Способы получения. Механизм реакции этерификации. Реакции гидролиза, кислотный и щелочной катализ. Биологическое значение сложных эфиров. Жиры и воски.

6.3. Дикарбоновые кислоты Дикарбоновые кислоты (щавелевая, малоновая, янтарная, глутаровая). Общие методы синтеза, свойства, два ряда производных дикарбоновых кислот. Биологическое значение.

Непредельные кислоты. Цис-, транс-изомерия на примере фумаровой и малеиновой кислот.

Ароматические дикарбоновые кислоты. Фталевая, терефталевая кислоты, их свойства и применение.

6.4. Гидроксикислоты Структурная изомерия и номенклатура. Способы получения и свойства. Оптическая изомерия.

Антиподы (энантиомеры), рацематы, диастереомеры, мезоформы. Конфигурация и знак вращения. Способы разделения рацематов на оптические антиподы. Отдельные представители: гликолевая, молочная, яблочная кислоты, их биологическое значение.

Ароматические оксикислоты. Салициловая кислота и её производные как лекарственные препараты.

6.5. Оксокислоты Пировиноградная кислота, её свойства. Ацетоуксусная кислота. Таутомерия ацетоуксусного эфира и его двойственная реакционная способность.

Раздел 7. Амины. Аминоспирты. Аминокислоты.

Алифатические амины. Классификация, изомерия, номенклатура. Способы получения.

Амины как основания, сравнение основных свойств аммиака, первичных, вторичных, третичных аминов. Диамины. Аминоспирты: этаноламин, холин, ацетилхолин, биологическое значение.

Ароматические амины. Анилин: получение, строение, свойства. Сульфаниловая кислота и сульфамидные лекарственные препараты.

Аминокислоты. Изомерия, номенклатура. Стереохимия аминокислот. Кислотноосновные свойства аминокислот, образование цвиттер-ионов, изоэлектрическая точка. Дезаминирование и декарбоксилирование аминокислот. Важнейшие представители природных аминокислот. Понятие о пептидах и белках.

Раздел 8. Углеводы (сахара) Классификация. Моно-, ди-, полисахариды. Стереоизомеры пентоз и гексоз (рибоза, дезоксирибоза, ксилоза, глюкоза, манноза, галактоза, фруктоза).

Кольчато-цепная таутомерия и мутаротация сахаров, - и -аномеры, пиранозы и фуранозы.

Конформации глюкопиранозы. Реакции моносахаридов как полигидроксикарбонильных соединений: окисление, восстановление, алкилирование, ацилирование, эпимеризация. Гликозиды и агликаны.

Дисахариды восстанавливающие и невосстанавливающие, их строение и свойства.

Крахмал, клетчатка, гликоген – представители полисахаридов.

Раздел 9. Гетероциклические соединения.

Электронное строение и ароматичность фурана, пиррола, тиофена и пиридина, особенности их поведения в реакциях электрофильного замещения. Основные свойства пиридина.

Гетероциклы как структурные элементы природных соединений (пуриновые и пиримидиновые основания). Нуклеозиды. Нуклеотиды.

АННОТАЦИЯ

«Методы статистического анализа в биологии»

по направлению подготовки 020400 Биология по профилю подготовки Биоэкология Целями освоения дисциплины «Методы статистического анализа в биологии» является формирование у бакалавров математического мышления при работе с данными биологических и экологических исследований и экспериментов, знакомство с основными методами статистической обработки биологических и экологических данных, приемами анализа, хранения и интерпретации биологической и экологической информации, сформировать умение использовать статистические процедуры в прикладных и теоретических биологических исследованиях, уделив особое внимание осознанному выбору конкретных процедур математической обработки данных, соответствующих заявленным в исследовании цели и задачам.

2. Место дисциплины в структуре ОПОП бакалавриата Дисциплина «Методы статистического анализа в биологии» относится к вариативной части дисциплин математического естественнонаучного цикла.

Для освоения этой дисциплины студенты используют знания, умения, навыки, сформированные при изучении дисциплин «Математика и математические методы в биологии», «Информатика, современные информационные технологии».

Освоение данной дисциплины является основой для последующего изучения вариативной части дисциплин профессионального цикла: «Экология популяций и сообществ», «Методы биоиндикации и биомониторинга», а также для последующего прохождения научно-исследовательской практики и подготовки к итоговой государственной аттестации. Освоение данной дисциплины является необходимой основой для формирования культуры поведения в личностном и профессиональном аспекте.

РАЗДЕЛ 1. ВВЕДЕНИЕ В БИОЛОГИЧЕСКУЮ МАТЕМАТИКУ И

СТАТИСТИКУ. ОПИСАТЕЛЬНАЯ СТАТИСТИКА

Тема 1.1. Применение математического и статистического анализа в экологических исследованиях. Генеральная совокупность и выборка, основные параметры описания.

Объективная необходимость применение математических и статистических процедур в современных экологических исследованиях. Теоретико-множественные и комбинаторные основания в экологии. Простейшая модель случайного процесса. Нормальное распределение. Параметрический и непараметрический анализ данных. Статистические и математические компьютерные программы.

Генеральная совокупность и выборка. Основные параметры описания генеральной совокупности. Среднее, способы его вычисления. Дисперсия и стандартное отклонение, примеры расчета. Параметры нормального распределения. Медиана и процентили.

Тема 1.2. Выборочные оценки. Расчет описательных выборочных показателей Понятие выборочных оценок. Выборочное среднее. Выборочное стандартное отклонение. Точность выборочной оценки генеральной совокупности – стандартная ошибка среднего.

Решение задач и выполнение упражнений по описательным статистическим процедурам, подготовка выборок к анализу, интерпретация полученной описательной статистической информации. Примеры расчета описательных выборочных показателей. Возможные ошибки и методы их предотвращения.

РАЗДЕЛ 2. СРАВНЕНИЕ ГРУПП, ДОСТОВЕРНОСТЬ И

ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ СТАТИСТИЧЕСКИХ КРИТЕРИВ

Тема 2.1. Сравнение нескольких групп: дисперсионный анализ. Сравнение двух групп: критерий Стьюдента Понятие о нулевой гипотезе. Случайные выборки из нормально распределенной совокупности. Две оценки дисперсии: дисперсия внутригрупповая и межгрупповая. Расчет критерия Фишера (F). Критическое значение F-критерия.

Принцип метода сравнения выборок по Стьюденту. Стандартное отклонение разности средних. Расчет критерия Стьюдента (t). Критическое значение t-критерия. Ошибки в использовании критерия Стьюдента. Критерий Стьюдента для множественных сравнений: поправки Бонферрони, критерий Ньюмена-Кейсла, критерий Даннета.

Тема 2.2. Расчет сравнительных критериев Поиск различий выборок (решение задач).

Тема 2.3. Статистическая значимость различий и чувствительность критериев Ошибки I () и II () рода. Уровень значимости. Величина различий и чувствительность. Разброс значений и чувствительность. Объем выборки и чувствительность. Определение чувствительности критерия. Чувствительность дисперсионного анализа. Чувствительность таблиц сопряженности.

Тема 2.4. Доверительные интервалы Суть применения доверительных интервалов. Доверительный интервал для разности средних. Проверка гипотез с помощью доверительных интервалов. Доверительные интервалы для среднего, доли и разности долей. Доверительный интервал для значений.

Вычисление доверительных интервалов (решение задач).

РАЗДЕЛ 3. АНАЛИЗ КАЧЕСТВЕННЫХ ПРИЗНАКОВ И ЗАВИСИМОСТЬ

Тема 3.1. Количественные, качественные и порядковые признаки Доля. Точность оценки долей. Сравнение долей – использование z-критерия, замечания по его использованию. Таблицы сопряженности: 2-критерий. Критические значения z- и 2-критериев.

Тема 3.2. Критерий Критерий 2 для таблиц 22. Критерий 2 для произвольной таблицы сопряженности. Преобразование таблиц сопряженности. Односторонний и двусторонний точный критерий Фишера.

Тема 3.3. Расчет долей и сравнение качественных признаков Решение задач и выполнение упражнений по расчету долей и сравнению качественных признаков Тема 3.4. Регрессионный и корреляционный анализы, основные положения Регрессионный и корреляционный анализы – методы анализа зависимостей. Регрессионный анализ, суть и особенности применения. Уравнение регрессии. Оценка параметров уравнения регрессии по выборке: коэффициенты сдвига (, a) и наклона (, b). Вычисление уравнения регрессии: метод наименьших квадратов. Разброс значений вокруг прямой регрессии: остаточные стандартное отклонение и дисперсия. Стандартные ошибки коэффициентов регрессии. Доверительная область для линии регрессии. Сравнение двух линий регрессии.

Тема 3.5. Параметрическая и непараметрическая корреляция Корреляция, коэффициент корреляции. Параметрическая и непараметрическая корреляции. Параметрический коэффициент корреляции Пирсона (r). Связь регрессии и корреляции – коэффициент детерминации. Статистическая значимость корреляции Пирсона. Непараметрический коэффициент ранговой корреляции Спирмена. Альтернативные непараметрические корреляции: корреляция Кендалла, Тау- и Гамма-корреляции, область их применения.

Тема 3.6. Расчеты параметрической и непараметрической корреляции Регрессионных анализ зависимостей (решение задач).

РАЗДЕЛ 4. МНОГОМЕРНЫЙ АНАЛИЗ

Тема 4.1. Теоретические основы факторного, кластерного и дискриминантного анализов.

Представление о многомерном пространстве и размерности. Многомерные распределения случайных событий. Многомерный параметрический анализ: метод главных компонент, многомерный факторный анализ.

Тема 4.2. Факторный анализ Многомерный параметрический и непараметрический факторный анализ: метризация пространства и меры расстояния, многомерное непараметрическое шкалирование.

Тема 4.3. Кластерный и дискриминантный анализ Количественные методы классификации (кластер-анализ). Общие представления о классификации. Формальные основания для классификации. Методы кластер-анализа.

Дискриминантный анализ, основные понятия и особенности.

РАЗДЕЛ 5. ПРИМЕНЕНИЕ ПАКЕТОВ СТАТИСТИЧЕСКИХ ПРОГРАММ

Тема 5.1. Пакеты статистических программ: Statistica, Systat, NCSS, SPSS. Описательная статистика в системе Statistica Пакеты статистических программ, применяемые в экологических исследованиях:

Statistica, Systat, NCSS, SPSS. Особенности пакета статистических программ Statistica. Знакомство с системой Statistica, форматы таблиц данных и таблиц результатов.

Графический редактор системы Statistica: возможности и примеры использования.

Первичный анализ выборок: вычисление среднего, медианы, моды, геометрического и гармонического среднего, степени вариации, стандартного отклонения, стандартной ошибки среднего. Примеры графического представления полученных результатов анализа.

Тема 5.2. Параметрическое сравнение двух выборок. Регрессионный анализ. Многомерные статистики.

T-тест: выявление различий двух выборок. Корреляция Пирсона: построение корреляционной матрицы, параметры корреляционной связи. Графическое представление полученных результатов анализа.

Анализ ANOVA-MANOVA. Непараметрический анализ выборок: таблицы 22, 2тест, непараметрические корреляции (Спирмена, Кендалла, тау, гамма). Сравнение групп:

тесты Уалда-Вольфица, Колмоговора-Смирнова, Манн-Уитни, Крускалла-Уолиса, Вилкосона. Оценка характера распределения данных.

Кластерный анализ: дерево кластеров, методы построения деревьев, эллипсоиды средних, дистанции. Факторный анализ. Метод главных компонент и классификация. Канонический анализ. Многомерное шкалирование. Дискриминантный анализ: виды анализа, таблицы результатов, графическое отображение полученных результатов анализа.

Тема 5.3. Графический редактор системы Statistica Первичный анализ данных с помощью графического редактора системы Statistica, основные приемы и варианты использования

АННОТАЦИЯ

«Прикладная экология и природопользование»

по направлению подготовки 020400 Биология по профилю подготовки Биоэкология Целями освоения дисциплины «Прикладная экология и природопользование» являются: знакомство с основными задачами прикладной экологии и способами их решения, а также формирование целостного представления о процессах, протекающих в окружающей среде в результате эксплуатации природных ресурсов. Другой важной целью преподавания дисциплины является освоение практических подходов к разработке конкретных природоохранных мероприятий и оценка воздействия техногенных объектов на окружающую среду.

• изучение проблемы взаимодействия человека и окружающей среды в ходе исторического развития общества и на современном этапе;

• изучение видов антропогенного воздействия на природу и их последствий для экосистем и человека;