11. Транспорт электролитов (электрохимический потенциал, электродиффузионное уравнение Нернста-Планка , гидратация ионов).

Электрохимический потенциал — физическая величина, связывающая химический потенциал (μ) и электрический потенциал (φ) некоторой электрохимической системы соотношением: A = μ + e·φ где А — работа, нарушающая электрохимическое равновесие системы; e — элементарный заряд частицы. Для растворенного вещества: μ = μ₀ + R*T*lnC + z*F*φ где μ₀ - Стандартный химический потенциал, зависящий от природы растворителя. С - концентрация вещества R - газовая постоянная T – температура z - валентность иона F - число Фарадея φ - электрический потенциал

Уравнение Нернста-Планка описывает процесс пассивного транспорта ионов в поле электрохимического потенциала. Поток I заряженных ионов пропорционален градиенту электрохимического потенциала в направлении оси x и зависит от подвижности u и концентрации C ионов: F - число Фарадея, Z - валентность иона,  T - абсолютная температура, R - газовая постоянная,   - электрический потенциал на мембране.

Гидратация ионов – основная причина распада электролита на ионы. Ионы в растворе беспорядочно перемещаются в разных направлениях. Но при пропускании через раствор электрического тока они приобретают направленное движение. Положительно заряженные ионы направляются к отрицательному электроду – катоду. Их называют катионами. К катионам относятся ионы H+, ионы металлов (например, K+, Ca2+, Fe3+ и т.д.). Отрицательно заряженные ионы перемещаются к положительному электроду – аноду. Их называют анионами. К анионам относятся гидроксид-ионы OH-, ионы кислотных остатков (например, Cl-, NO3-, PO43-, HCO3- и т.д.).

12. Классификация термодинамических систем. Первый закон термодинамики и его применимость в биологии. Закон Гесса.

Классификация термодинамических систем по признаку их возможности обмена энергией и веществом с окружающей средой или с другими системами: а) Система открытая, если возможен обмен энергией и веществом.  б) Система закрытая, если обмен энергией возможен, а обмен веществом невозможен.  Закрытые системы дополнительно подразделяются по признаку возможности осуществления энергообменаследующим образом: а) Система замкнутая, если энергообмен возможен, но невозможен обмен с внешней средой путем совершения механической работы. б) Система изолированная, если невозможен обмен системы с окружающей средой ни энергией, ни веществом. в) Система адиабатная, если полностью отсутствует теплообмен системы с окружающей средой.  В адиабатной системе возможен как обратимый, так и необратимый адиабатный процесс. Обратимый адиабатный процесс называется также изоэнтропийным процессом, что подчеркивает постоянство энтропии в адиабатной системе. А постоянство энтропии означает отсутствие необратимых диссипативных потерь энергии. 

Первый закон термодинамики. Формулировка: В изолированной термодинамической системе сумма всех видов энергии является величиной постоянной. Этот закон является частным случаем всеобщего закона сохранения и превращения энергии, который гласит, что энергия не появляется и не исчезает, а только переходит из одного вида в другой. Из этого закона следует, что уменьшение общей энергии в одной системе, состоящей из одного или множества тел, должно сопровождаться увеличением энергии в другой системе тел. Существую другие формулировки этого закона:1) Не возможно возникновение или уничтожение энергии (эта формулировка говорит о невозможности возникновения энергии из ничего и уничтожения ее в ничто). 2) Любая форма движения способна и должна превращаться в любую другую форму движения (эта философская формулировка подчеркивает неуничтожимость энергии и ее способность взаимопревращаться в любые другие виды энергии). 3)Вечный двигатель первого рода невозможен. (Под вечным двигателем первого рода понимают машину, которая была бы способна производить работу не используя никакого источника энергии). 4) Теплота и работа являются двумя единственно возможными формами передачи энергии от одних тел к другим.

Закон Гесса — основной закон термохимии, который формулируется следующим образом: Тепловой эффект химической реакции, проводимой в изобарно-изотермических или изохорно-изотермических условиях, зависит только от вида и состояния исходных веществ и продуктов реакции и не зависит от пути её протекания. Иными словами, количество теплоты, выделяющееся или поглощающееся при каком-либо процессе, всегда одно и то же, независимо от того, протекает ли данное химическое превращение в одну или в несколько стадий (при условии, чтотемпература, давление и агрегатные состояния веществ одинаковы). Например, окисление глюкозы в организме осуществляется по очень сложному многостадийному механизму, однако суммарный тепловой эффект всех стадий данного процесса равен теплоте сгорания глюкозы. На рисунке приведено схематическое изображение некоторого обобщенного химического процесса превращения исходных веществ А₁, А₂… в продукты реакции В₁, В₂…, который может быть осуществлен различными путями в одну, две или три стадии, каждая из которых сопровождается тепловым эффектом ΔH_i. Согласно закону Гесса, тепловые эффекты всех этих реакций связаны следующим соотношением: ΔH₁ = ΔH₂ + ΔH₃ = ΔH₄ + ΔH₅ + ΔH₆ Закон открыт русским химиком Г.И. Гессом в 1840 г.; он является частным случаем первого начала термодинамики применительно к химическим реакциям. Практическое значение закона Гесса состоит в том, что он позволяет рассчитывать тепловые эффекты самых разнообразных химических процессов; для этого обычно используют ряд следствий из него. док-во 1го закона док что: живые орагнизмы не источники новой энергии …окисление поступ в них питательных веществ приводит к выделение эквивалентного кол-ва энергии 18в(Лаувазье и Лаплас) ледяной калориметр …колво углек газа сравнили с сжиг продуктов в колоритмич бомбе-прямая коллориментрия…19в прямая коллориметрия кол-во поглощ кислор также, авдел углек и мочевины отсжа кол-во Б Ж У оксисл в организме … совпадение только если организм не соввершает работы и не происх накопление массы-следсвтие …з Гесса: тепловой эффект-энтальпия Н зависит от началального и конечного состояния с-мы и не завист от пути перехожа из 1го сост в др