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

Термодинамика- это раздел физической химии , изучающий взаимные превращения различных видов энергии, связанные с переходом энергии в форме теплоты и работы.

Объектом термодинамического исследования есть термодинамическая система.

Для описания явлений, происходящих в термодинамических системах, используется ряд понятий:

1. термодинамическая система – тело или совокупность тел, обособленных физическими или воображаемыми границами от окружающей среды;

2. фаза – часть системы, обладающая одинаковым составом, физическими и химическими свойствами, имеющая поверхность раздела, отделяющую ее от других частей;

3. термодинамический процесс – изменения в термодинамической системе.

Системой называют совокупность  объектов отделенных из окружающего мира реально существующими или воображаемыми поверхностями.

Системой может быть газ в сосуде, раствор реагентов в колбе, кристалл вещества или даже мысленно выделенная часть этих объектов.

По взаимодействию с окружающей средой термодинамические системы делят на:

открытые – обмениваются с окружающей средой веществом и энергией (например, живые объекты);

•закрытые – обмениваются только энергией (например, реакция в закрытой колбе или колбе с обратным холодильником), наиболее частый объект химической термодинамики;

•изолированные – не обмениваются ни веществом, ни энергией и сохраняют постоянный объем (приближение – реакция в термостате).

В основе биоэнергетики организмов лежат законы термодинамики, одинаковые для живых и неживых систем.

В соответствии с ее законами живой организм представляет собой открытую стационарную неравновесную систему, обменивающуюся с окружающей средой веществом и энергией, постоянство параметров которой обеспечивается непрерывным поступлением энергии из окружающей среды в количестве, компенсирующем его внутренние расходы.

2.Основные понятия термодинамики. Интенсивные и экстенсивные параметры. Функция состояния. Внутренняя энергия. Работа и теплота - две формы передачи энергии.

Физические свойства, характеризующие состояние системы, называют параметрами состояния системы.

Взаимодействие системы с окружающей средой заметно по изменению параметров системы.

Интенсивные параметры – это параметры, которые не зависят от количества вещества и выравниваются при объединении систем (температура, давление, концентрация, плотность, поверхностное натяжение). Параметры состояния связаны уравнением состояния.

Экстенсивные параметры – это параметры, которые зависят от количества вещества системы и суммируются при объединении систем (объём, масса, энергия, площадь и т.д.).

Функция состояния - это характеристика системы, которая не поддается прямому измерению, а рассчитывается через параметры состояния.  Значение функции состояния не зависит от способа его достижения, а только от начального и конечного состояния системы. К ним относятся, например, давление, объем, температура системы.

Каждая термодинамическая система обладает определенным запасом энергии, которая называется внутренней энергией.

Внутренняя энергия U – это общий запас энергии системы, слагающийся из кинетической энергии движения составляющих ее частиц (молекул, атомов, ионов, электронов и др.) и потенциальной энергии их взаимодействия.

Внутренняя энергия системы есть функцией ее состояния и зависит от параметров системы.

Величина внутренней энергии зависит от природы тела, его массы, химического состава и параметров, которые обусловливают состояние системы – давления, объема, температуры.

Для термодинамического анализа достаточно знать только прирост внутренней энергии

ΔU = U _конеч - U _начал

Энтальпия - это энергия, которой владеет система при постоянном давлении.

H = U + pV

 

pV – потенциальная энергия

Энтальпия имеет большое значение в химии, так как передача тепла в химической реакции происходит при постоянном давлении.

Работа (А) – это форма передачи энергии, вследствие чего система развивает напрямленую силу и делает работу над другой системой, к которой эта сила приложена.

Работу которую делает система на окружающей средой считают положительной А>0 (+А), а работу которая делается над системой – отрицательной А<0 (-А).

Теплотой (Q) называют форму передачи энергии от одной системы к другой вследствие неналаженого (хаотического) движения молекул.

В химической термодинамике различают процессы:

Изохорные - происходящие при постоянном объеме (V=const)

Изобарные - происходящие при постоянном давлении (р=const)

Изотермические- происходящие при постоянной температуре (Т=const)

Адиабатические- происходящие без обмена тепла с окружающей средой, система не получает тепла извне и не отдает его окружающей среде (Q = 0)