Применение первого закона термодинамики к биологическим системам.

Для определения термических эффектов, провождающих хим реакции, используются особые приборы, именуемые калориметрами. Калориметрическое определение ведется так, чтоб вся хим энергия выделялась в виде теплоты либо могла быть учтена в виде работы расширения газа. Таковой метод именуют прямой калориметрией.

Всем живым организмам для роста и функционирования нужна энергия. Растения могут использовать энергию солнца Применение первого закона термодинамики к биологическим системам. (фотосинтез), а животные и человек получают энергию только за счет окисления пищевых товаров.

Чтоб обосновать применимость первого закона термодинамики для живых организмов, еще в 18 веке Лавуазье и Лаплас изучали термообмен морской свинки. Было установлено, что количество теплоты, выделяемое свинкой равно количеству теплоты, выделяющейся при сжигании товаров питания Применение первого закона термодинамики к биологическим системам. свинки в калориметре.

Для человека это сделать естественно труднее. Потому в текущее время энергетический баланс изучается не только лишь способами измерения термических эффектов, да и при помощи термохимических расчетов. Такие расчеты именуют непрямой калориметрией. Данные прямой калориметрии употребляют в расчетах непрямой калориметрии, где на основании установленных дыхательных коэффициентов и калориметрического Применение первого закона термодинамики к биологическим системам. эквивалента определяются энерго издержки организма.

Исследования демонстрируют: человеческий организм не продуцирует новейшую энергию, все работы в организме совершаются за счет энергии выделяющейся при окислении питательных веществ. Основная часть этой энергии задерживается в организме в виде хим энергии, а не выделяется в виде теплоты. В процессе эволюции живых организмов выработалась определенная Применение первого закона термодинамики к биологическим системам. последовательность и скорость био окисления. За счет энергии, которая выделяется при окислении глюкозы, карбоновых кислот и других товаров распада питательных веществ, образуются АТФ, АДФ, креатинфосфат, ацетилфосфат и другие соединения, которые скапливаются в клеточке. Т.е. можно сказать, что выделяющаяся энергия скапливается в связях неких Р-содержащих веществ. При необходимости Применение первого закона термодинамики к биологическим системам. эти вещества, в свою очередь, просто распадаются (подвергаются гидролизу), и при всем этом энергия, которая потратилась на их образование, выделяется. Она расходуется на синтез белка и других веществ, мышечную работу, работу нервной системы, работу внутренних органов и высшую нервную деятельность. Вещества, при распаде которых выделяется много энергии Применение первого закона термодинамики к биологическим системам., именуют макроэргическими. Основным из их является аденозинтрифосфат (АТФ) - энергетическая валюта организма. А закон сохранения энергии утверждает, что человеческий организм должен растрачивать энергии столько, сколько ее получает. Что произойдет, если растрачивать больше? Либо меньше? Что значит, если человек, питается нормально и стиль жизни обыденный, но резко худеет?

Применение калориметрии в Применение первого закона термодинамики к биологическим системам. медицине: Сопоставление энергетики здоровых и нездоровых клеток позволяет учить разные патологические явления, разрабатывать диагностику и способы исцеления неких болезней, к примеру, ожирения. На основании данных о калорийности товаров составляются нормы потребностей в пищевых субстанциях для различных групп населения, с учетом возраста, пола, нрава труда, заболевания, климата и т.д Применение первого закона термодинамики к биологическим системам..

3. Признак протекания хим либо физического процесса – изменение характеристик системы и функций состояния. Если они изменяются, означает, в системе происходит некий термодинамический процесс. Если характеристики самопроизвольно не изменяются – означает, система находится в состоянии равновесия. Состояние термодинамического равновесия динамическое, т.е. в системе продолжают протекать процессы, но в обратном направлении и скорости Применение первого закона термодинамики к биологическим системам. этих процессов равны.

Термодинамически обратимым именуется процесс, который при определенных критериях можно воплотить в прямом и оборотном направлении, при всем этом никаких конфигураций в окружающей среде остается. Необратимыми именуют процессы, при которых в системе либо окружающей среде появляются какие-то неисчезающие конфигурации. Все реально протекающие самопроизвольные процессы – необратимы Применение первого закона термодинамики к биологическим системам.. В том числе и в живых организмах. Обратимый процесс – абстракция, эталон. Он может протекать исключительно в изолированной системе. Но, несколько упрощая действительность, можно рассчитывать термодинамические характеристики системы, если представить для себя реальный процесс протекающим нескончаемо медлительно и обратимо.

2-й закон термодинамики. Он определяет возможность протекания процесса в системе и его Применение первого закона термодинамики к биологическим системам. направление. У него тоже есть некоторое количество разных, но в то же время эквивалентных формулировок.

1 — Постулат Клаузиуса. Процесс является необратимым, если не происходит никаких других конфигураций, не считая передачи теплоты от жаркого тела к прохладному, либо теплота не может перейти от прохладного тела к жаркому без каких Применение первого закона термодинамики к биологическим системам.-то других конфигураций в системе.

2 — Постулат Кельвина. Процесс, при котором работа перебегает в теплоту без каких-то других конфигураций в системе, является необратимым, другими словами нереально перевоплотить в работу всю теплоту, взятую от источника с однородной температурой, не проводя других конфигураций в системе.

В реальных системах только часть энергии преобразуется Применение первого закона термодинамики к биологическим системам. в полезную работу, другая часть является «связанной». Для свойства этой «связанной» энергии Клаузиус ввел новейшую функцию состояния – энтропию (S). Эта формула - аналитическое выражение второго законатермодинамики. Потому энтропию ( ) именуют приведенной теплотой, а - связанной энергией вещества. Величину энтропии, как и хоть какого другого термодинамического потенциала измерить нельзя. Можно гласить только об изменении этой Применение первого закона термодинамики к биологическим системам. величины, т.е. ΔS. Можно сказать, что энтропия – мера упорядоченности вещества. Чем больше неупорядоченность, тем больше энтропия. Где больше «порядка»: в кристаллическом веществе либо воды? В воде при 200С либо при 800С? Абсолютное значение энтропии можно вычислить на теоретическом уровне, пользуясь постулатом Планка: энтропия кристаллического вещества при Применение первого закона термодинамики к биологическим системам. абсолютном нуле равна нулю. Этот постулат время от времени именуют третьим законом термодинамики. Это значит, что и энтропия, и температура ограничены снизу, т.е. не могут быть меньше неких предельных значений. Отсюда возникает понятие абсолютного нуля температурной шкалы Кельвина. Т.е. это на теоретическом уровне рассчитанная температура при которой Применение первого закона термодинамики к биологическим системам. закончится всякое термическое движение…

Самопроизвольно обычно протекают процессы, идущие с повышением энтропии ( ), т.е. с выделением тепла либо повышением числа частиц и скорости их движения… - так тоже можно сконструировать 2 закон термодинамики.

Умение предсказать, будет ли проходить и в каком направлении хим реакция либо био процесс – это очень принципиально. Но Применение первого закона термодинамики к биологическим системам. если ориентироваться лишь на энтропию – можно ошибиться. Ведь растения и животные – это сложные структуры, они самопроизвольно развиваются, казалось бы, в противоречие второму закону термодинамики, т.е. из огромного количества малеханьких и обычных частиц появляется одна большая и непростая, а не напротив. Потому были предложены другие термодинамические функции, которые могут Применение первого закона термодинамики к биологическим системам. служить аспектом способности самопроизвольного протекания процесса. В большинстве случаев пользуются изобарно-изотермическим потенциалом, т.н.свободной энергией Гиббса (G). Оставив в стороне математические выкладки, просто запомним, что изменение свободной энергии Гиббса зависит не только лишь от энтропии (а означает и внутренней энергии) и от энтальпии: .

если =0 , система находиться в равновесии, G Применение первого закона термодинамики к биологическим системам. имеет малое значение для данной системы при данных критериях

если >0 , самопроизвольные процессы невозможны, они могут протекать только под действием среды («энергетический пинок»)

если <0, процесс может протекать самопроизвольно, при всем этом энергия системы должна уменьшаться.

Итак, 2-ой закон можно сконструировать так: Самопроизвольно протекают только процессы, для которых <0, т.е Применение первого закона термодинамики к биологическим системам.. идущие с уменьшением энергии Гиббса в направлении равновесия системы.

4. Величину конфигурации энергии Гиббса можно использовать для определения способности либо невозможности протекания тех либо других процессов в живых организмах. В биохимии процессы, для которых <0, именуются экзэргоническими, а при >0 – эндэргоническими.

В организме нередко энергетически нерентабельная, но нужная для метаболизма реакция реализуется за счет другой, в Применение первого закона термодинамики к биологическим системам. процессе которой эта энергия освобождается. Т.е. две реакции не могут происходить в отдельности, их сопряжение получается благодаря специальному ферменту, объединяющему оба процесса в один.

К примеру, 1-ая стадия гликолиза:

глюкоза + НРО42- =глюкозо-6-фосфат + Н2О, ее =13,4кДж/моль т.е. больше нуля, это означает, что реакция самопроизвольно протекать не может Применение первого закона термодинамики к биологическим системам.. Но она спряжена с другой реакцией - гидролизом АТФ, идущей с выделением тепла. Суммарную реакцию можно записать так :

глюкоза + АТФ = глюкозо-6-фосфат + АДФ, для которой =-17,2 кДж/мольи такая реакция термодинамически вероятна.

Поочередно рассматривая все стадии гликолиза, можно узреть, что расход АТФ на одних стадиях компенсируется их образованием на других.

Одна Применение первого закона термодинамики к биологическим системам. из обстоятельств, по которой АТФ играет исключительную роль в биохимических реакциях в том, что значение при ее гидролизе не очень огромное (по другому для ее синтеза требовалось бы сильно много энергии), и не очень малеханькое (по другому АТФ не могло быть источником энергии для организма).

Итак: 1-ый Применение первого закона термодинамики к биологическим системам. закон термодинамики позволяет количественно оценить энерго свойства процессов. 2-ой закон определяет, вероятен либо неосуществим тот либо другой процесс, и в каком направлении он будет протекать. Он утверждает, что все процессы самопроизвольно могут протекать исключительно в одном направлении – стремясь к состоянию равновесия.

Термодинамические величины для неких веществ(при стандартных критериях).

вещество Применение первого закона термодинамики к биологическим системам. ΔGо(кДж/моль) ΔH0(кДж/моль) ΔS0(Дж/моль)
С6Н6() 124,5 49,04 173,2
C2H5OH () -174,77 -227,6 160,7
CH4 () -50,79 -74,85 186,19
C2H2() 203,2 226,75
C2H6 -32,89 -84,67 229,5
Ag2O -10,82 -30,56 121,7
Al2O3 -1576,4 -1675,0 50,94
BaO -528,4 -556,6 70,3
BaCO3 -1138,8 -1202,0 112,1
CO -137,27 -110,5 197,4
CO2 -394,38 -393,5 213,6
CaO -604,2 -635,1 39,7
CaCO3 -1128,8 -1206,0 92,9
H2O -237,2 -285,82 70,1
H2O -228,4 -241,84 188,8
Fe2O3 -741,5 -821,32 89,96

Упражнения.

№1Выпишите в тетрадь и выучите главные понятия и законы термодинамики.

№2N2 + O2 = 2NO Применение первого закона термодинамики к биологическим системам. ∆Н = 43,2 ккал/моль Чему равна теплота образования NO?

№3 По термохимическому уравнению высчитать, а) Объем углекислого газа, который был поглощен гидроксидом кальция, если при всем этом выделилось 28 кДж; б) Количество тепла, которое выделится при получении 500 г карбоната кальция.

Са(ОН)2(тв) + СО2(г) = СаСО3(тв) + Н2О(ж) + 112 кДж

https://www Применение первого закона термодинамики к биологическим системам..youtube.com/watch?v=jKasi0pVybk–расчеты по т-х уравнениям

№4 Пользуясь схемой ответа охарактеризуйте изобарный процесс описанный уравнениями:

А) Fe2O3(тв) + 3CO(г) → 2Fe(тв) + 3CO2(г) ΔН= - 27,68 кДж

Б) CaCO3(тв) → CaO(тв) + CO2(г) ΔН= + 178 кДж

В) 3CaO(тв) + P2O5(тв)→ Ca3(PO4)2(тв) ΔН= - 726,5 кДж

Г Применение первого закона термодинамики к биологическим системам.) H2O(г)+ CO(г) → CO2(г) + H2(г) ΔН= - 41,26 кДж

Энтальпия системы (убывает, увеличивается), т.к. (ΔН 0).

В процессе реакции система (поглощает, выделяет) тепло, т.е. (ΔQ 0).

Процесс является (экзотермическим, эндотермическим), и внутренняя энергия системы (увеличивается, убывает), т.е. ((ΔU 0).

Процесс протекает (без конфигурации, с повышением, с уменьшением Применение первого закона термодинамики к биологическим системам.) числа газовых молекул, и потому давление в системе (не меняется, миниатюризируется, возрастает).

№5 По закону Гесса высчитайте термический эффект (изменение энтальпии) для реакции

А) 2С2Н2(г) + 5О2(г) = 2Н2О(г) + 2СО2(г)

Б) СН4(г) + 2О2(г) = СО2(г) + 2Н2О(г)

№6 Высчитайте по закону Гесса ΔG хим реакции Применение первого закона термодинамики к биологическим системам. и укажите возможность самопроизвольного протекания процесса.

А) CuO(тв) + 2 Ag(тв) = Cu(тв) + Ag2O(тв)

Б) CuO(тв) + Ba(тв) = Cu(тв) + BaO(тв)

В) 4HCl(г) + O2(г) = 2Cl2(г) +2H2O(г)

№7 Почему живы организмы именуют открытыми термодинамическими системами?

№8 Почему в живых организмах самопроизвольно протекают реакции Применение первого закона термодинамики к биологическим системам., для которых ΔG < 0, т.е. не разрешенные 2 законом термодинамики ?

№9 Что такое «абсолютный ноль Кельвина»? Чему он равен?

№10 Что такое макроэрги? Какова их роль в живых организмах?


primechaniya-marii-shtajner-k-pervomu-vipusku-1945-goda-11-glava.html
primechaniya-marii-shtajner-k-pervomu-vipusku-1945-goda-4-glava.html
primechaniya-marii-shtajner-k-pervomu-vipusku-1945-goda-9-glava.html