Элементы химической термодинамики и биоэнергетики.

Введение в теорию химического процесса. Биохимическая система. Понятие о фазе. Открытые, закрытые, изолированные, гомогенные, гетерогенные системы. Функции состояния и параметры системы. Биоэнергетика.

Первое начало термодинамики. Термохимия. Энергетические характеристики химических реакций. Два основных закона термохимии (Лавуазье–Лапласа, Гесса). Внутренняя энергия и энтальпия. Стандартная энтальпия образования вещества, энтальпия атомизации. Энтальпийные диаграммы. Энергия связи в газообразных молекулах.

Второе начало термодинамики. Энтропия. Энтропия газообразных, жидких и твердых веществ. Энтропийные и энтальпийные факторы. Энергия Гиббса. Термодинамический критерий возможности и направленности процесса. Принцип энергетического сопряжения. Особенности термодинамики биохимических процессов в равновесных и стационарных состояниях.

Физико–химические основы кинетики биохимических реакций. Равновесие.

Предмет химической кинетики. Скорость реакций в гомогенных и гетерогенных системах. Факторы, влияющие на скорость химической реакции. Константа скорости. Зависимость скорости реакции от температуры. Температурный коэффициент скорости химической реакции и его особенность для биохимических процессов. Энергия активации, понятие активированного комплекса. Уравнение Аррениуса. Кинетическое уравнение реакции. Понятие о механизмах реакций. Молекулярность и порядок реакции. Классификация реакций по кинетическому признаку. Фотохимические реакции и их роль в природе и жизнедеятельности организма.

Явление катализа. Гомо– и гетерогенный катализ. Ферменты – биологические катализаторы. Уравнение Михаэлиса–Ментен.

Обратимые и необратимые процессы. Химическое равновесие. Динамический характер химического равновесия. Константа равновесия и ее связь с изменением свободной энергии Гиббса. Изотерма Вант–Гоффа. Способы выражения равновесия. Смещение химического равновесия. Принцип Ле–Шателье.

Растворы.

Растворы как химические системы. Учение Менделеева о растворах. Термодинамика процесса растворения. Вода – универсальный растворитель, ее роль в жизнедеятельности организма. Аномальные свойства воды. Природа водородной связи. Типы водородной связи, роль водородной связи в биохимических процессах. Структура льда и жидкой воды.

Растворимость газов в жидкостях. Законы Генри, Дальтона. Растворимость газов в крови.

Растворы неэлектролитов. Диаграмма состояния воды. Осмос и осмотическое давление. Закон Вант–Гоффа. Законы Рауля. Коллигативные свойства растворов неэлектролитов и разбавленных растворов электролитов.

Изотонический коэффициент. Роль осмоса в биологических системах. Гипо–, гипер– и изотонические растворы. Методы криоскопии и эбуллиоскопии.

Растворы электролитов. Сильные и слабые электролиты. Теория электролитической диссоциации С. Аррениуса. Спор Менделеева с Аррениусом. Работы Каблукова. Гидратация ионов: положительная, отрицательная, гидрофобная. Оценка энтальпии гидратации ионов. Способы выражения концентрации растворов. Активность, коэффициент активности. Химический потенциал.

Теории кислот и оснований. Теория Аррениуса. Протолитическая теория Бренстеда и Лоури. Понятие сопряженной пары «кислота–основание». Нивелирующие и дифференцирующие растворители. Теория кислот и оснований Льюиса.

Равновесные процессы в растворах электролитов. Слабые электролиты. Константа, степень диссоциации. Зависимость степени диссоциации от концентрации и температуры. Закон разведения Оствальда. Протолитическая диссоциации воды. Ионное произведение воды. Водородный показатель, pH. Гидролиз солей. Ступенчатый характер гидролиза. Роль гидролиза в биохимических процессах. Гидролиз АТФ как универсальный источник энергии в организме. Равновесия в растворах малорастворимых солей. Растворимость, произведение растворимости. Комплексные ионы в растворах и их диссоциация. Константа устойчивости (нестойкости) комплексных ионов. Конкурентные процессы в растворах электролитов. Буферные растворы. Фосфатный и карбонатный буфер. Понятие о кислотно–основном равновесии крови. Кислотно–основные индикаторы.

Окислительно–восстановительные реакции в растворах. Классификация О.–В. реакций. Термодинамический подход к описанию О.–В. реакций. Восстановительные потенциалы, таблица восстановительных потенциалов. Концентрационная зависимость восстановительных потенциалов, уравнение Нернста. Стандартные восстановительные потенциалы. Правило запрета для существования ионов и простых веществ в водных растворах. Влияние среды (pH) и некоторых других факторов (комплексообразование, образование малорастворимых соединений) на восстановительный потенциал. Константа равновесия окислительно–восстановительных реакций.