4. Энергия Гиббса. (g).

1. Энергия Гиббса – это часть потенциальной энергии реагирующих веществ, которая может быть использована для осуществления полезной работы. Del’ta G=del’ta H-T*del’ta S

Энтальпийный фактор.

Определяет стремление системы снизить свою энергию за счет образования сложных частиц из более простых, при этом совершается полезная работа.

Энтропийный фактор.

Определяет стремление системы к хаотичному, неупорядоченному состоянию, за счет распада сложных частиц на более простые и распределению их по всему объему системы.

Величина G служит критерием возможности самопроизвольного протекания процессов.

Процесс протекает самопроизвольно, если G<0.

При G>0, процесс самопроизвольно не протекает.

Если G=0, то в системе установилось состояние равновесия.

Живой организм представляет собой типично открытую систему непрерывно обменивающуюся с окружающей средой и веществом и энергией. Все биохимические процессы, происходящие в клетках живых организмов, протекают в условиях постоянства температуры и давления. Человеческий организм – как и любой живой организм – открытая термодинамическая система. Основной источник энергии для него – химическая энергия, заключенная в пищевых продуктах.

Процессы, при которых в условиях p=const и T=const – энергия Гиббса, а при V=const, T=const - энергии Гельмгольца убывают – называют экзэргоническими, а процессы, при которых эти величины возрастают - эндэргоническими.

Состояние химического равновесия характеризуется законом действующих масс, который утверждает, что для реакции общего вида: a моль вещества A + b моль вещества B = c моль вещества C + d моль вещества D, в состоянии химического равновесия при постоянстве внешних условий, отношение произведения концентраций продуктов на произведение концентраций реагентов, взятых с учетом стехиометрического количества, есть величина постоянная и называется константой химического равновесия (К_С);

К_С=([C^c][D^d])/([A^a][B^b])

Константа равновесия зависит от температуры и природы реагирующих веществ, не зависит от концентрации.

То, или иное поведение равновесной системы, направление сдвигов, происходящих в ней под влиянием изменения разных факторов может быть предсказано на основе принципа Ле-Шателье – Брауна: если на систему, находящуюся в истинном термодинамическом равновесии, воздействовать извне, изменяя при этом одно из условий, определяющих положение равновесия (t,p,C ), то в системе развиваются процессы, смещающие равновесие в том направлении при котором эффект произведенного воздействия будет ослаблен.

2)Ненасыщенные углеводороды - алкены, циклоалкены, алкадиены и алкины – проявляют способность к реакциям присоединения, так как содержат двойные или тройные связи. Более важной является двойная связь. За счет электронов П-связи в молекулах алкенов имеется область повышенной электронной плотности. Поэтому они представляют собой нуклеофилы, и следовательно, склонны подвергаться атаке электрофильным реагентом. Присоединение к алкенам (гидрирование, галогенирование, гидрогалогенирование, гидратация( в кислой среде)

Правило Марковникова: при присоединений протонных кислот или воды к несимметричным алкенам водород присоединяется к наиболее гидрогенизированному атому углерода двойной связи, т.е. атому углерода, содержащему большее число атомов водорода. Сформулировано в 1869 году.

Сопряженными - называются системы с чередующимися простыми и двойными связями, или системы, в которых у соседнего с двойной связью гетероатома имеется р-орбиталь с неподеленной парой электронов. Для ароматических соединений бензольного ядра, конденсированных и гетероциклических ароматических соединений характерны реакции , не приводящие к нарушению ароматической системы, т.е. реакции замещения. Они не склонны вступать в реакции присоединения или окисления, ведущие к нарушению ароматичности

Реакции электрофильного замещения: Галогенирование(в присутствии FeBr3), нитрование (в присутств H2SO4), сульфирование, алкилирование, ацилирование.

При взаимодействии бензола с электрофилом равновероятна атака любого из шести равноценных атомов углерода ароматического кольца, что всегда приводит к единственному монозамещенному продукту. В случае монозамещенного бензола в общем возможно образование трех изомеров – продуктов орто-, мета, и пара-замещения. По влиянию на реакции электрофильного замещения заместители делятся на две группы:

1) Заместители( ориентанты) 1 рода. К ним относятся алкильные группы, проявляющие +I эффект по отношению к соседнему sp2гибридизованному атому углерода и проявляющие +М эффект группы OH, OR, NH2, также обладающие ЭД характером по отношению к бензольному кольцу. Заместители 1 рода облегчают электрофильное замещение по сравнению с незамещенным бензолом,т.е. являются активирующими, и направляют входящую группу в орто-и пара-положения.

2)заместители 2 рода. К ним относятся группы NH3, NO2, SO3H, CN, CHO,COOH, проявляющие по отношению к к бензольному ядру ЭА характер за счет отрицательных индуктивного или мезомерного эффектов. Заместители 2 рода затрудняют реакции электрофильного замещения по сравнению с незамещенным бензолом, т.е. являются дезактивирующими. Если в более жестких условиях реакция се же проходит, то входящая группа вступает в мета-положение.

15-билет

1) Энергия в системе не создается из ничего, и не исчезает бесследно. Термодинамика как научная дисциплина сложилась в начале 19 века на основании данных по изучению перехода теплоты в механическую работу. 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.