Термодинамика химического равновесия

Состояние химического равновесия подчиняется закону действующих масс. В состоянии химического равновесия отношение произведения равновесных концентра­ций продуктов реакции к произведению равновесных концентраций исходных веществ есть величина постоянная при данной температуре и называется константой равновесия.

НАПРИМЕР, для обратимой реакции:

(для газообразных веществ вместо концентраций можно использовать их парциальное давление. Константа равновесия является количественной характе­ристикой смещения химического равновесия. Она может изменятся от 0 до 

Если К=0,то реакция не протекает, при К —>  реакция идёт практически до конца.

Следовательно, при К> 1, равновесие реакции смещено в сторону прямой реакции, при К>1, в сторону обратной-образования исходных вецеств. Т.к. химические процессы сопровождается изменением числа частиц реагирующих веществ то направление процессов и состояние равновесия характеризуется изменением химического потенциала (). Химический потенциал является коли­чественной характеристикой химического равновесия.

Химический потенциал связан с константой равновесия реакции уравнением изотермы:

-стандартный химический потенциал.

Если Кр=1, то =0: система находится в состоянии равновесия.

Таким образом абсолютная величина  показывает насколько система уда­лена от состояния химического равновесия, а знак  - к сторону какой реакции смещено химическое равновесие.

Качественно направление смещения химического равновесия действиек раз личных факторов позволяет оценивать принцип Ле Шателье;

Если на физико-химическую систему находящуюся в состоянии химического равновесия, оказывать внешнее воздействие (изменять концентрации веществ, температуру, давление), то равновесие смещается в сторону реакции, противодействующей оказанному воздействию.

1)Влияние концентраций реагирующих веществ.

Увеличение концентрации хотя бы одного из исходных веществ или отвод из сферы реакции продуктов взаимодействия смещает равновесие в сторону прямой реакции. И наоборот: уменьшение концентрации исходных веществ или увеличение с продуктов реакции проводит к смещению равновесия в сторону обратной реакции.

Для проведения прямой реакции, увеличение выхода аммиака, необходимо уве­личивать концентрации исходных вещеетг или отвсттить(улавллБать) продукт реакции

2) Влияние температуры:

а) повышение температуры смещает равновесие в сторону эндотермической реакции (Н >0).

б) понижение температуры способствует протекание экзотермического про­цесса (H < 0)

Для вышеприведенного примера:

1)Увеличение t смещает равновесие в сторону обратной реакции.

2) Уменьшение t в сторону прямой реакции.

3) Влияние давления.

Давление в системе обусловлено ударами движущихся частиц о стенки колбы (сосуда), чем больше частиц, тем выше давление и наоборот.

Повышение давления смещает равновесие в сторону меньшего числа частиц, а понижение, в сторону большего числа частиц.

1) Увеличение Р прямая реакция

2)Уменьшение Р обратная реакция.

Термодинамика открытых систем «Ленский» стр. 43-54

ЛЕКЦИЯ.

ТЕМА: «ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ».

Физико-химические свойства биополимеров и их растворов.

Биополимеры относятся к высокомолекулярным соединениям, с молярной массой от нескольких тысяч до нескольких миллионов. ВМС образуется в результате реакции поликонденсации или полимеризации небольших молекул (мономеров) - аминокислот, моносахаридов, непредельных углеводородов и т.д. В результате этих процессов возникают длинные цепочки из атомов углеро­да или углерода и кислорода, или углерода и азота и т.п.

По происхождения ШС подразделяют:

а) синтетические

б) искусственные

в) природные

Синтетические ВМС могут быть органической природы и смешанной (орг. неорг.)

НАПРИМЕР: каучук, синтетические смолы, полиэтилен, полисиловсоны,

кремнийорганические соединения.

Некоторые синтетические полимеры могут быть использованы в медицине в качестве шовного материала, материалов для протезов (фторловсан) и т.д. Эти полимеры называют медико-биологическими.

Искусственные ВМС готовятся на основе природных ШС с заранее заданными свойствами. НАПРИМЕР, на основе природного полисахарида декстрана готовят сефадексы, которые используются для очистки и разделения бел­ков.

Природные ВМС могут быть как органическими, так и неорганическими. Примерами природных ВМС служат соединения на основе оксидов АI и (глины, слюда, асбест, алмаз).

К природным полимерам относятся белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды, полимеры смешанного типа - гликопротвиды, липопротеицы, гликолипкды и т.д.

Белки и нуклеиновые кислоты составляют структурную основу живых организмов, их называют биополимерами,

Белки в организме выполняют различные функции, от них зависит здо­ровье человека, интеллект, продолжительность жизни и т.д.

Нуклеиновые кислоты являются носителями информации. Биополимеры и их растворы облагают специфическими свойствами, которые обусловлены особенностями в строении макромолекул.

Эти особенности следующие:

1. Молярная масса макромолекул биополимеров от 5 тыс. до I млн.

2. По размерам макромолекулы ВМС и биополимеров приближаются к кол­лоидным частицам. Размер их частиц (10 - 10 см)

3. В макромолекулах ВМС проявляются разнообразные типы химических свя­зей (ионная, ковалентная, водородная, силы Ван-дер-Ваальеа, гидрофобные взаимодействия).

Между макромолекулами ВМС действует в основном водородная связь, силы Ван-дер-Ваальса, и, иногда, гидрофобные взаимодействия. Межмолекулярные взаимодействия определяют химические свойства ВМС.

4. Макромолекулы ВМС и биополимеров отличаются разнообразием структур. Они могут иметь линейную, разветвленную и пространственную (сетча­тую) структуры.

В организме в основном присутствуют плохо растворимые полимеры пространственной и разветвленной структуры.

5. Макромолекулы ВМС и биополимеров обладают гибкостью.

Физической основой гибкости макромолекул ВМС является способность группировок СН свободно вращаться вокруг ординарных связей. Благодаря гибкости макромолекулы ВМС и биополимеров обладают эласт. эластичностью (НАПРИМЕР, волосы, кожа, кровеносные сосуды). Благодаря гибкости они способны изменять свою пространственную кон фигурацию, которая называется конформацией.

6. У биополимеров существуют уровни организации (первичная-четвертич

Растворы ВМС.

Растворы ВМС являются истинными растворами. Это термодинамически устойчивые системы. Их образование протекает самопроизвольно, с уменьшением энергии Гиббса.

Растворы ВМС имеет свойства общие с истинными и коллоидными растворами, а также обладают специфическими свойствами.

Растворы ВМС как и истинные растворы, можно разбавлять до опреде­ленного предела или концентрации. Если в макромолекулах ВМС имеются полярные (ионогенные группы), то может осуществляться диссоциация макромолекул, в результате чего образуются макроионы.

Растворы ВМС гомогенны и большинстве случаев гидрофильные. Размер частиц ВМС соответствует размеру коллоидных частиц (10-5 –10-7 см), поэтому многие ВМС образуют растворы, обладающие рядом свойства коллоидных растворов:0ни медленно диффундируют, не проникают через диализационные мембраны, показывают слабое светорассеяние, размытый конус Тиндаля (у колл. частиц).

Поэтому растворы ВМС очищают от электролитов теми же способами что и коллоидные растворы, т.е. путем диализа, гельфильтрации, ультрафильтрации.

Однако, в отличие от коллоидных растворов, растворы ВМС не имеют поверхности раздела способны самостоятельно растворяться в определенных растворителях, очень устойчивы.

Агрегативная устойчивость макромолекул ВМС, также, как и у коллоидных растворов, зависит от величины дзета-потенциала и плотности гидратной оболочки.

Специфические свойства ВМС зависят от пространственной структуры, гибкости молекул ВМС, наличия большого количества связей. К специфичес­ким свойствам относятся: