Предмет и методы химической термодинамики. Взаимосвязь между процессами обмена веществ и энергии в организме. Химическая термодинамика как теоретическая основа биоэнергетики.

Термодинамика изучает:

1. Переходы энергии из одной формы в другую, от одной части системы к другой;

2. Энергетические эффекты, сопровождающие различные физические и химические процессы и зависимость их от условий протекания данных процессов;

3. Возможность, направление и пределы самопроизвольного протекания процессов в рассматриваемых условиях.

Методы химической термодинамики:

1. Прямой – Коллоидный

2. Расчётный – Закон Гесса.

 

2) Источник энергии в живом организме – химическая энергия, заключенная в пищевых продуктах. Энергия расходуется на:

- совершение работы внутри организма – дыхание, кровообращение, перемещение

продуктов обмена (метаболитов) и т.д.;

- нагревание вдыхаемого воздуха, потребляемой воды и пищи;

- покрытие потерь теплоты в окружающую среду;

- совершение внешней работы, связанной со всеми перемещениями человека.

Энергия, необходимая организму человека, освобождается при окислении углеводов,

жиров и белков. Пищевой рацион, который необходим человеку при различных условиях, определяется из условий разницы между расходуемой энергией за сутки и выделяющейся при окислении веществ. Энергетические затраты зависят от возраста, пола, состояния здоровья, климатических условий, вида труда.

 Высокомолекулярные вещества, поступающие с пищей, имеют много слабых связей. В процессе усвоения пищи(окисления) из сложных молекул углеводов, жиров и белков образуются менее сложные вещества с более прочными связями.

Для расчета калорийности продукта используют калорические коэффициенты:

белки и углеводы: kб= ky = 4,1 ккал/г (3,9-4,2 ккал/г); жиры kж = 9,2 ккал/г (9,1-9,3 ккал/г).

q = [m (б) + m (у) ] • k_б,у + m (ж) • к_ж

3) В основе жизни лежит обмен веществ, который сопровождается процессами превращения энергии. Химическая термодинамика является теоретической основой биоэнергетики.

Биоэнергетика- изучает законы и механизмы накопления и использования энергии живыми системами. Она позволяет рассчитать энергетический баланс организма, калорийность пищевых продуктов, выбрать диету.

Основные понятия термодинамики. Интенсивные и экстенсивные параметры. Функция состояния. Внутренняя энергия. Работа и теплота - две формы передачи энергии. Типы термодинамических систем (изолированные, закрытые, открытые). Типы термодинамических процессов (изотермические, изобарные, изохорные). Стандартное состояние.

Термодинамика - наука, изучающая закон превращения энергии.

1)Термодинамическая система – совокупность материальных объектов (тел), выделенных из пространства с определенной поверхностью раздела.(поверхность может бть реальной или воображаемой)

Работа - количественная характеристика преобразования энергии в физических процессах, зависит от вида процесса;

Внутренняя энергия - это сумма энергий молекулярных взаимодействий и тепловых движений молекулы.

Энергия – физическая величина, характеризующая способность тела или системы тел совершать работу.

Теплота – мера энергии, переданная от 1 тела к другому за счет разности температур.

2) состояние системы характеризуется термодинамическими параметрами:

-экстенсивные- параметры,которые пропорциональны числу частиц в системе(m,v,n)

-интенсивные-параметры,значения которых не зависят от числа частиц в системе(t,p,c,плотность)

 

3) функция состояния -экстенсивные параметры, изменения которых зависят только от начального и конечного состояния системы.

4) Внутренняя энергия U как функция состояния вводится первым началом термодинамики,

Δ U = Q -А,

5) теплота Q -взакрытой системе расходуется на изменение внутренней энергии и на совершение работы против внешних сил. Q =Δ U + А

если тепло передаётся от окружающей среды данной системе, и если система производит работу над окружающими телами, при этом

Типы систем.

- изолированная - система, не обменивающаяся с окружающей средой ни веществом, ни энергией.(термос)

Открытая система – система, обменивающаяся с окружающей средой веществом и энергией.(живые организмы)

Закрытая система – система, обменивающаяся с окружающей средой только энергией.(вещество в ампуле)

Процессы

Изобарический — термодинамический процесс, происходящий в системе при постоянном давлении и постоянном объеме идеального газа

Изотермический - происходящий в физической системе при постоянной температуре.

Изохорический - происходит при постоянном объёме.

8)стандартное состояние - состояние системы, выбираемое как состояние отсчета при оценке термодинамических величин.

Необходимо для последующего сравнения полученных величин с их значениями в стандартном сост.

5.3. Первое начало термодинамики. Энтальпия. Стандартная энтальпия образования вещества, стандартная энтальпия сгорания вещества. Стандартная энтальпия реакции. Закон Гесса. Применение первого начала термодинамики к биосистемам.

1)Первое начало говорит о возможности протекания процесса.

Теплота Q, подведенная к системе, идет на изменение внутренней энергии системы ΔU и совершение системой работы A.

Q = ΔU + A       

 

2) Стандартная энтальпия реакции равна разнице между суммой стандартных энтальпий образования продуктов реакции и суммой стандартных энтальпий образования исходных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов.

ΔH^ор-ции.= Σ n ΔH^о_{298,обр.прод}.- Σ n ΔH^о_{298,обр.исх}.

Стандартная энтальпия реакции равна разнице между суммой стандартных энтальпий сгорания исходных веществ реакции и суммой стандартных энтальпий сгорания продуктов с учетом стехиометрических коэффициентов.

ΔH^о_р-ции.= Σ n ΔH^о _{сгор.исх}.- Σ n ΔH^о_{сгор.прод.}

3) Был установлен опытным путем в 1840

закон Гесса - тепловой эффект процесса не зависит от пути процесса (промежуточных стадий), а определяется только начальным и конечным состояниями системы, т.е. состоянием исходных веществ и продуктов реакции.