1 Билет

1) Термодинамика – это наука, изучающая взаимные превращения различных видов энергии, связанные с переходом энергии в форме теплоты и работы.

Раздел этой науки, изучающий хим. Реакции, фазовые переходы, растворение, испарение, адсорбцию, взаимосвязь химической и других видов энергии, а также переход энергии от одной части системы к другой в различных химических процессах называется химической термодинамикой. Обмен веществ(метаболизм) происходящий в живом организме, включающий громадное количество непрерывно протекающих и взаимосвязанных реакций, также неразделим с соответствующим ему процессом обмена энергии. Совокупность процессов, приводящих к накоплению веществ в организме называется ассимиляцией(анаболизмом). Параллельно ему и неразрывно с ним протекает противоположный ему процесс диссимиляции или катаболизма, сводящийся к деструктурированию сложных хим.соединений и выделению энергии. Превращение энергии, происходящие в живых организмах, обусловленные протеканием как анаболических, так и катаболических процессов, является предметом биоэнергетики.

Термодинамическая система (ТД система) – любая избранная совокупность веществ, отделенная от внешней среды определенной поверхностью раздела. Часть объектов природы, не входящих в систему, называются средой. Состояние и свойства системы определяются термодинамическими параметрами, к которым относятся температура (t), давление (р), объем (V), концентрация (с).

В зависимости от характера взаимодействия с окружающей средой, ТД системы делятся на следующие виды:

1. Изолированные системы – системы, которые не обмениваются с окружающей средой ни массой, ни энергией. (m=0, Е=0). Пример: термос.

2. Закрытые системы - обмениваются с окружающей средой только энергией. Для них m=0, а Е0. Пример: запаянная ампула с лекарством.

3. Открытые системы. Обмениваются с окружающей средой и m, и Е. Для них m0, Е0. Пример: живой организм.

Фаза – это часть системы с одинаковыми физическими и химическими свойствами, отделенная от других частей границей раздела, при переходе через которую свойства резко меняются. В зависимости от фазового состояния различают:

1. Гомогенные системы. Это системы, в которых все компоненты находятся в одной фазе, и в них отсутствуют границы раздела. Пример: раствор глюкозы.

2. Гетерогенные системы. Они состоят из нескольких фаз, отделенных границей раздела. Пример: эритроциты – плазма крови.

Изохорный процесс – постоянство объема

Изобарный процесс – постоянство давления

Первый закон термодинамики: теплота, подведенная к системе расходуется только на увеличение внутренней энергии системы и на совершение ею работы против внешних сил. нуклеофильные центры. Q=del’ta U+A

Внутренняя энергия(U) – энергии, все кроме кинетической ( перемещение всей системы в целом), и потенциальная ( взаимодействие системы с внешними силами).

Энтальпия(H) – это часть внутренней энергии системы, которая может совершить полезную работу. H=U+pV

Закон Гесса: тепловой эффект реакции зависит только от природы и состояния исходных веществ, и не зависит от пути, по которому реакция протекает. 1-е следствие: тепловой эффект реакции равен сумме теплот образования продуктов реакции минус сумма теплот образования исходных веществ. 2-е следствие – теплота образования органического соединения равна разности между теплотой сгорания простых веществ, из которых оно может быть получено и теплотой сгорания самого соединения. Уравнения химических реакций, в которых помимо формул исходных веществ и продуктов реакции указаны также отвечающие этим реакциям тепловые эффекты( изменение энтальпии) наз. термохимическими уравнениями.

2)Огромное количество органических соединений, которых в настоящее время насчитывается около 7 млн, классифицируют с цчетом строения углеродной цепи присутствующих в молекуле функциональных групп. В зависимости от строения углеродной цепи органические соединения делят на ациклические и циклические. Ациклические – соединения с открытой(незамкнутой) углеродной цепью. Их простейшие представители – алифатические углеводороды. Алифатические углеводороды – соединения, содержащие только атомы углерода и водорода, они могут быть насыщенными( алканы) и ненасыщенными( алкены, алкины, алкадиены). Циклические – соединения с замкнутой цепью. В зависимости от природы атомов различают карбоциклические и гетероциклические. Карбоциклические – содержат только атомы углерода и делятся на алифатические циклические и ароматические. Простейший представитель алициклических – циклопропан, ароматических – бензол. Гетероциклические – содержат в цикле кроме атом углерода, один или несколько атомов других элементов – гетероатомов.

Функциональная группа – атом или группа атомов, определяющих принадлежность соединения к определенному классу и ответственная за его химические свойства.

Органический радикал – остаток молекулы, из которой удалены один или несколько атомов водорода, при этом остаются свободными один или несколько валентностей. Углеводороды обладают наиболее простым составом среди органических соединений. Реакционная способность углеводородов зависит от степени их насыщенности. Для насыщенных углеводородов характерны реакции – радикального замещения, насыщенных – электрофильного присоединения, ароматических – электрофильного замещения.

В насыщенных углеводородах алифатического(алканах) и алициклических( циклоалканах) рядов имеются только sp3 – гибридизованные атомы углерода. Для этих соединений характерны неполярные C-C и практически неполярные C-H сигма связи? Обладающие достаточной прочностью и не склонные к гетеролитическому разрыву. В результате, насыщенные углеводороды инертны в большинстве гетеролитических реакций. Возможными для них остаются радикальные процессы, в которых участвуют обладающие высокой энергией радикальные частицы. Галогенирование – реакция радикального замещения, лежащая в основе одного из способов получения галогенопроизводных углеводородов. Процесс протекает по свободнорадикальному механизму. Инициирование – рост цепи – обрыв цепи.

Молекула кислорода представляет собой бирадикал и может реагировать с соединениями, содержащими C-H связи, по радикальному механизму с образованием гидропероксидов или продуктов их дальнейших превращений.

1) Первый закон позволяет количественно оценить энергетические характеристики химических процессов, но он не может ответить на вопрос: возможен или не возможен тот или иной процесс, и в каком направлении он будет протекать? На этот вопрос отвечает

второй закон термодинамики, который утверждает, что все природные и технологические процессы самопроизвольно могут протекать только в одном направлении, стремясь к состоянию равновесия.

Пр.: а) теплота передается от горячего к холодному; б) растворенные вещества равномерно распределяются по всему объему раствора.

1. Теплота не может сама собой передаваться от холодного тела к горячему, не оставляя изменения в окружающей среде.

2. Различные виды энергии стремятся перейти в теплоту, а теплота в свою очередь стремиться рассеивается, т.е. теплоту невозможно полностью превратить в полезную работу.

Термодинамические процессы могут быть обратимыми и необратимыми:

Обратимые – процессы, при которых возвращение системы в первоначальное состояние не требует затраты энергии извне и связанных с этим изменений в окружающей среде. При обратимом осуществлении процесса не происходит рассеяния энергии в виде теплоты. Если этот обратимый процесс осуществляется в изолированной системе, то он не сопровождается каким-либо изменением энтропии.

Необратимые – процессы, при которых возвращение системы в исходное состояние возможно лишь при условии затрат внешней энергии, что влечет за собой определенные изменения в окружающей среде.

Энтропия(S) - мера неупорядоченности системы.

Ростом энтропии сопровождаются такие самопроизвольные процессы, как испарение жидкости, таяние льда, растворение веществ в растворителях, т.е. процессы, которые приводят к увеличению беспорядка в системе.

Снижением энтропии сопровождаются кристаллизация веществ, реакции полимеризации, поликонденсации, т.е. процессы, которые приводят к увеличению упорядоченности в системе.