Главная

Категории:

ДомЗдоровьеЗоологияИнформатикаИскусствоИскусствоКомпьютерыКулинарияМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОбразованиеПедагогикаПитомцыПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРазноеРелигияСоциологияСпортСтатистикаТранспортФизикаФилософияФинансыХимияХоббиЭкологияЭкономикаЭлектроника






Різні форми енергії переходять одна в одну в еквівалентних співвідношеннях, при взаємоперетвореннях енергія не витрачається і не створюється знову.


Математичний вираз свідчить, що при нагріванні будь-якої системи теплота витрачається на збільшення внутрішньої енергії та виконання роботи:

Q = ∆ U + A

Q – теплота

∆ U - зміна внутрішньої енергії

A – робота


 

3. Теплові ефекти хімічних реакцій

Більшість хімічних процесів супроводжуються помітним виділенням або вбиранням енергії у вигляді теплоти, що пояснюється руйнуванням одних хімічних зв'язків і утворенням інших. Розділ хімії, в якому вивчаються теплові ефекти (енергетика) хімічних реакцій, називають термохімією. Дані з енергетики використовують для оцінки стабільності хімічних сполук, енергетичної вартості різних видів палива, калорійності харчових продуктів, а також для встановлення напрямленості чи то можливості протікання хімічних та біохімічних реакцій.

З точки зору енергетики, всі хімічні реакції поділяють на екзотермічні, які супроводяться виділенням теплоти Q і ендотермічні - вбиранням теплоти. Кількість теплоти, яка виділяється або вбирається під час перебігу хімічної реакції, називають її тепловим ефектом, який вимірюють в кДж/моль або у ккал/моль (позасистемна одиниця).

Кількість енергії (теплоти), що виділяється або поглинається в необоротному процесі за сталого об’єму або тиску при утворенні одного моля хімічної сполуки з простих речовин, називають тепловим ефектом хімічної реакції (ентальпією), або ізохорним чи ізобарним тепловим ефектом хімічної реакції. Цю фізичну величину позначають Q у термохімічній системі, а у термодинамічній системі користуються ентальпією утворення Нутв. Між ними існує певне співвідношення:

Qp = Qv + υRT або ∆Н = ∆U + ∆υ RT

Т = t + 273 (K) К – температура в Кельвінах

t = Т – 273 (оС) оС - температура в Цельсіях

Стандартна ентальпія утворення –це тепловий ефект утворення одного моля речовини з елементів або простих речовин за стандартних умов.

Теплота Q за постійного тиску р дорівнює зміні ентальпії , взятої з протилежним знаком, тобто:

Qp = Н2 – Н1 = - ∆Н

Основними законами термохімії є закон Лавуазье-Лапласа і закон Гесса. За першим законом, теплота утворення речовини дорівнює теплоті її розкладання з протилежним знаком.

∆Но утв. = - ∆ Но розкл

Найважливішим висновком із першого закону термодинаміки є закон, відкритий російським вченим Г.Гессом у 1840 р.

За законом Гесса, тепловий ефект реакції не залежить від шляху її перебігу, а визначається тільки початковим та кінцевим станами системи.

Ентальпія згоряння - це тепловий ефект реакції повного окислення речовини з утворенням вищих оксидів СО2, Н20, SO3.

Стандартна ентальпія згорання– це теплота згорання в атмосфері кисню одного моля речовини до найпростіших оксидів.

Живі організми одержують енергію за рахунок окислення харчових продуктів - вуглеводів, жирів та білків. У процесі їх засвоєння ці біологічно активні речовини спочатку гідролітично розкладаються під дією ферментів до простіших продуктів, які далі окислюються до кінцевих продуктів (вуглекислого газу і води), білки, крім того, утворюють продукти неповного окислення Нітрогену (сечову кислоту, сечовину, солі амонію).

Енергія, що виділяється при цьому називають теплотою згоряння, або теплотою окислення. Вона становить: для вуглеводів — 19,8, жирів - 37,8 та білків 16,8 (кДж/г). Добові потреби дорослої людини при середніх фізичних навантаженнях відповідно дорівнюють: 385г, 100 г і 80 г. Ці дані використовують для обчислення калорійності харчових раціонів і дієт.


 

4. Другий закон термодинаміки. Ентропія

У 1824 р. С. Карно, досліджуючи умови перетворення теплоти у роботу, зробив висновок, який став другим законом термодинаміки.

Перше формулювання ІІ закону термодинаміки: у теплових машинах, теплота одержана від нагрівника, не може повністю перейти у роботу, частина її передається холодильнику (не вся теплота перетворюється на роботу, певна її частина передається холодильнику).

Т1 – Т2 η = ——— Т1

η –коефіцієнт корисної дії

Т1 температура нагрівника

Т2 – температура холодильника

Друге формулювання ІІ закону термодинаміки: періодично діюча машина, яка перетворювала б усе тепло на роботу не можлива.

Третє формулювання ІІ закону термодинаміки: тепло не може самочинно переходити від холодного тіла до теплого.

Ентропія (S) – є мірою розсіяної (знеціненої) енергії, тобто характеризує ту частину енергії, яка не перетворюється в роботу.

Зміна ентропії ∆S визначається їх відношенням кількості теплоти Q, отриманої системою в ізотермічному процесі до температури Т:

∆Q

∆S = -----

Т

отже, ентропія є мірою розсіяної теплоти або знецінення енергії.

Зміна ентропії ∆Sвизначаэться за формулою:

∆ S = Sк - Sп

∆ S – зміна ентропії

Sк – ентропія в кінцевому стані

Sп – ентропія в початковому стані

 

 

На відміну від ентальпії, значення ентропії можна обчислити при різнихтемпературах. Вони наводяться у таблицях за стандартних умові позначаються S°298-. Ентропію використовують для характеристики напрямленості хімічного процесу, так для самочинних процесів ентропія-зростає:

∆S>0

За сталого тиску і температури використовують вільну енергію Гіббса G або ізобарно-ізотермічний потенціал, який обчислюють за формулою:

∆G = ∆Н - Т • ∆S

Характер зміни вільної енергії Гіббса дає змогу зробити висновок про принципову можливість перебігу реакції:

∆G<0 - реакція відбувається у прямому напрямку;

∆G>0 - реакція відбувається у зворотному напрямку;

∆G=0 - стан хімічної рівноваги

Стан хімічної рівноваги є найбільш стійким станом системи, бо, при рівновазі запас вільної енергії мінімальний.


 

5. Живі організми – відкриті термодинамічні системи

 

Біоенергетика – це розділ хімічної термодинаміки, що вивчає перетворення енергії у біологічних системах (засновник – Ю. Майєр, один з авторів першого закону термодинаміки) і ґрунтується на положенні, згідно з яким до всіх живих систем можна застосовувати закони термодинаміки. Біоенергетика вивчає три складові частини енергетичних процесів у живих організмах:

1. Шляхи перетворення субстратів в організмі, які є джерелом енергії для його життєдіяльності.

2. Механізм трансформації енергії окислення в енергію, нагромаджену в макросполуках (АТФ, креатинфосфат).

3. Механізм використання макроергічних (багатих енергією) сполук для здійснення в організмі різних видів роботи.

Субстрат – це люба речовина, яка поступає в організм (речовина на якій росте організм).

Макроергічні сполуки (макроерги) – це сполуки, які містять макроергічний зв’язок (АТФ, АДФ, АМФ, ГТФ, УТФ, ТТФ, креатинфофат, глюкозо – 1,6- дифосфат, глюкозо-1-фосфат, глюкозо-6-фосфат, ацетил-КоА і ін.; - це є форма нагромадження корисної енергії).

Макроергічний зв’язок – це хімічний зв’язок, головним чином фосфатний (~Ф або ~Р, утворюється між оксигеном і фосфором), в якому акумулюється енергія.

 

Сталість внутрішнього середовища (незважаючи на зміну зовнішніх умов) називають гомеостаз,який є динамічним, точно контрольованим стаціонарним станом, що є необхідною умовою функціонування організму.

 

У стаціонарному стані до системи безперервно надходять субстрати і одночасно виводяться продукти обміну, а термодинамічні функції системи не змінюються (S, H, G). Організм „одержує” ентропію із поживних речовин і „віддає” її разом з продуктами обміну речовин. Сукупність процесів і відповідна їм зміна енергії називається метаболізмом, що об’єднує катаболізм і анаболізм (ендергічні реакції з використанням енергії), припинення яких призводить до загибелі. Тому живий організм є відкритою термодинамічною системою.

 

Метаболізм = анаболізм + катаболізм

Метаболізм – це обмін речовин (сукупність кінцевих змін у житті клітини і відповідна їм зміна енергії, у більш вузькому розумінні метаболізм – це сукупність різних реакцій, які відбуваються за участю специфічних ферментних систем і забезпечують процеси життєдіяльності організму.

Анаболізм – це процеси синтезу речовин, що призводять до утворення складних біополімерів.

Катаболізм – це процеси розпаду речовин (процеси, в яких високомолекулярні сполуки окислюються і рокладаються на складові частини).

У процесі життєдіяльності відбувається безперервний перерозподіл енергії хімічних речовин, що надходять у клітину. Вивільнена під час катаболічних реакцій енергія не одразу використовується у біологічних процесах (транспорт йонів крізь мембрану клітин, підримання тиску та кровообігу, робота серця, скорочення м’язів, передавання нервових імпульсів, синтез біополі мерів та біологічно активних речовин), а акумулюється в макроергічних сполуках.




Последнее изменение этой страницы: 2016-06-09

headinsider.info. Все права принадлежат авторам данных материалов.