3.5. Принцип энергетического сопряжения

Биохимические реакции идут при постоянных давлении и температуре. Если они сопровождаются уменьшением энергии Гиббса, ∆G < 0, их назы­вают экзэр­гоническими реакциями. Если биохимическая реакция сопрово­ждается увели­чением энергии Гиббса, ∆Gреакции > 0, ее называют эндэр­гонической. Она не­возможна без внешнего подвода энергии.

В живых системах эндэргонические реакции протекают только за счёт сопря­жения их с экзэргоническими реакциями, за счёт их энергии. Для та­кого сопря­жения необходимо два условия:

1) наличие промежуточного соединения, общего для обеих реакций (ин­треме­диата)

2) суммарное изменение энергий Гиббса сопряженных реакций должно быть отрицательным Σ∆G < 0

В сопряженных реакциях каждая отдельная реакция может протекать только в сопряжении с другой, по отдельности они протекать не могут. Например, эндэргоническая реакция образования глюкозо-1-фосфата проте­кает благодаря её сопряжению с экзэргонической реакцией гидролиза АТФ, где общим интермедиатом является ортофосфорная кислота (Ф) и суммарная энер­гия Гиббса этих реакций уменьшается.

Глю-1-Ф

АТФ + Н₂О

Глю + Ф

АДФ + Ф

∆G = -30 кДж

∆G = 17 кДж

∆Gобщ = 17 + (– 30) = -13 кДж

2 Начало термодинамики

Сущность:

Система:

Критерии возможности

самопроизвольного процесса:

Расчётное уравнение –

объединённое уравнение 1 и 2

начал термодинамики :

Название членов

объединённого уравнения:

и их характеристика:

Какую тенденцию отражает

при самопроизвольном

процессе

Тестовые задания для самоконтроля

1. Химическая термодинамика изучает

а) скорость протекания химических превращений и их механизм

б) энергетические характеристики физических и химических процессов и спо­собность химических систем выполнять полезную работу

в) условия смещения химического равновесия

г) влияние катализаторов на биохимическую реакцию.

2. К какому типу термодинамических систем принадлежит раствор, нахо­дя­щийся в запаянной ампуле, помещенной в термостат.

а) изолированной в) закрытой

б) открытой г) стационарной

3. К какому типу термодинамических систем принадлежит раствор, нахо­дя­щийся в запаянной ампуле?

а) изолированной в) закрытой

б) открытой г) стационарной

4. К какому типу термодинамических систем принадлежит живая клетка

а) открытой в) изолированной

б) закрытой г) равновесной

5. Функциями состояния системы называют величины, которые

а) зависят только от начального и конечного состояния системы

б) зависят от пути процесса

в) зависят только от начального состояния системы

г) зависят только от конечного состояния системы

6. Какие величины являются функциями состояния системы

а) внутренняя энергия в) теплота д) энтропия

б) работа г) энтальпия

7. Какие формы обмена энергией между системой и окружающей средой рас­сматривает термодинамика

а) теплота в) химическая д) механическая

б) работа г) электрическая е) ядерная и солнечная

8. Внутренняя энергия системы – это

а) весь запас энергии системы, кроме потенциальной энергии положения и ки­нетиче­ской энергии системы в целом

б) весь запас энергии системы

в) весь запас энергии системы, кроме потенциальной энергии положения

г) величина, характеризующая меру неупорядоченности расположения частиц сис­темы

9. Первый закон термодинамики отражает связь между

а) работой, теплотой и внутренней энергией

б) свободной энергией Гиббса, энтальпией и энтропией системы

в) работой и теплотой системы

г) работой и внутренней энергией

10. Какое уравнение является математическим выражением первого начала термодинамики для изолированной системы?

а) ∆U = 0 б) ∆U = Q - p•∆V г) ∆G = ∆H - T•∆S

11. Какое уравнение является математическим выражением первого начала термодинамики для закрытой системы

а) ∆U = 0 б) ∆U = Q - p•∆V г) ∆G = ∆H - T•∆S д) ∆S > 0

12. Энтальпия реакции – это

а) количество теплоты, выделяющееся или поглощаемое в ходе реакции при постоян­ных давлении и температуре

б) количество теплоты, выделяющееся или поглощаемое в ходе реакции при постоян­ных объеме и температуре

в) величина, характеризующая возможность самопроизвольного протека­ния процесса

г) величина, характеризующая меру неупорядоченности расположения и дви­жения частиц системы

13.Тепловой эффект реакции, протекающей при постоянном давлении и темпе­ратуре, на­зыва­ется изменением

а) внутренней энергии в) энтальпии д) свободной энергии

б) нет верного ответа г) энтропии

14.При каких условиях теплота, получаемая систе­мой из окружающей среды, равна изменению энтальпии системы

а) при постоянном объеме в) при постоянной температуре

б) при постоянном давлении г) ни при каких

15. Какие процессы являются экзотермическими

а) для которых ∆Н < 0 в) для которых ∆Н > 0

б) для которых ∆G < 0 г) для которых ∆G > 0

16. Какой закон лежит в основе расчетов калорийности продуктов питания

а) Вант-Гоффа в) Сеченова

б) Гесса г) Рауля

17. При окислении каких веществ в условии организма выделяется боль­шее ко­личество энергии

а) белков в) углеводов

б) жиров г) углеводов и белков

18. Самопроизвольным называется процесс, который

а) осуществляется без помощи катализатора

б) сопровождается выделением энергии

в) осуществляется без затраты энергии извне

г) протекает быстро

19. Энтропия реакции – это

а) количество теплоты, поглощаемое или выделяющееся в ходе реакции в изо­барно-изотермических условиях

б) количество теплоты, поглощаемое или выделяющееся в ходе реакции в изо­хорно-изотермических условиях

в) величина, характеризующая возможность самопроизвольность протека­ния про­цесса

г) величина, характеризующая меру неупорядоченности расположения и дви­жения частиц системы.

20. В каком соотношении находятся энтропии трех агрегатных состояний од­ного и того же вещества

а) Sг > Sж >Sтв в) Sж > Sг >Sтв

б) Sтв > Sж > Sг г) агрегатное состояние не влияет на значение энтропии

21. Энтропия системы увеличивается при

а) повышении давления в) переходе из жидкого состояния в твердое

б) повышении температуры г) переходе из газообразного в жидкое состояние

22. В изолированной системе самопроизвольно протекает химическая ре­акция с образованием некоторого количества продукта. При этом энтропия такой сис­темы

а) увеличивается в) не изменяется

б) уменьшается г) достигает минимального значения

23.При каких условиях изменение энтропии может быть равно работе про­цесса

а) постоянные давление и температура

б) постоянные объем и температура

в) изменение энтропии никогда не равно работе

г) в изотермических, при постоянном давлении и объеме.

24. Как изменится связанная энергия системы T•ΔS при нагревании и при её конденсации

а) при нагревании растёт, при конденсации уменьшается

б) при нагревании уменьшается, при конденсации растёт

в) изменений не происходит

г) при нагревании и конденсации растёт.

25. В изолированной системе все самопроизвольные процессы протекают в сто­рону увеличения беспорядка. Как при этом изменяется энтропия?

а) не изменяется в) уменьшается

б) увеличивается г) сначала увеличивается, а затем уменьшается

26. Как изменяется энтропия системы в обратимой реакции синтеза ам­миака

а) прямая реакция идет с уменьшением энтропии, обратная – с увеличе­нием

б) прямая реакции идет с увеличением энтропии, обратная – с уменьше­нием

в) энтропия увеличивается для прямой и обратной реакции.

г) энтропия в ходе процесса не изменяется

27. Максимальная полезная работа в химической реакции при постоянном дав­лении и температуре осуществляется за счет

а) убыли энергии Гиббса в) увеличения энтальпии

б) увеличения энтропии г) уменьшения энтропии

28. Какие условия необходимо соблюдать, чтобы максимальная работа в сис­теме совершалась за счет убыли энергии Гиббса

а) постоянный объем и температура

б) постоянное давление и температура

в) неизменные энтальпия и энтропия процесса

г) постоянные объем и давление

29. Какими одновременно действующими факторами определяется на­правлен­ность химического процесса

а) энтальпийным и температурным в) энтропийным и температур­ным

б) энтальпийным и энтропийным г) изменением энергии Гиббса и темпе­ратуры

30. Самопроизвольный характер процесса лучше всего определять путем оценки изменения

а) энтропии в) свободной энергии Гиббса

б) энтальпии г) температуры

31. Максимальная полезная работа живым организмом в изобарно-изотер­миче­ских условиях осуществляется за счет

а) убыли энтальпии в) убыли энергии Гиббса

б) увеличения энтропии г) увеличения энергии Гиббса

32.Эндергоническим называют процесс, в котором

а) ∆H < 0 в) ∆H > 0

б) ∆G < 0 г) ∆G > 0

33. Экзергоническим называют процесс, в котором

а) ∆H < 0 в) ∆H > 0

б) ∆G < 0 г) ∆G > 0

34. В изобарно-изотермических условиях в системе самопроизвольно осу­щест­вляются процессы, в результате которых энергия Гиббса

а) не меняется в) уменьшается

б) увеличивается г) достигает максимального значения

35. Для некоторой реакции в газовой фазе при постоянных давлении и темпера­туре ∆G > 0. В каком направлении эта реакция идет самопроизвольно?

а) в прямом

б) не может протекать при данных условиях

в) в обратном направлении

г) находится в состоянии равновесия

36. Для обратимых процессов изменение свободной энергии Гиббса

а) всегда равно нулю

б) всегда отрицательно

в) всегда положительно

г) положительно или отрицательно в зависимости от обстоятельств

37. Для необратимых процессов изменение свободной энергии

а) всегда равно нулю

б) всегда отрицательно

в) всегда положительно

г) положительно или отрицательно в зависимости от обстоятельств

38. Каков знак ∆G процесса таяния льда при 263К?

а) > 0 в) < 0

б) = 0 г) ≤ 0

39. Калорийность питательных веществ – энергия, которая

а) выделяется при полном окислении 1г питательных веществ

б) выделяется при полном окислении 1моль питательных веществ

в) необходима для полного окисления 1г питательных веществ

г) необходима для полного окисления 1моль питательных веществ

40. При гидролизе любого пептида ∆H<0 ∆S>0. Будет ли данный процесс про­текать самопроизвольно?

а) будет, т.к. ∆G > 0 в) будет, т.к. ∆G < 0

б) не будет, т.к. ∆G > 0 г) не будет, т.к. ∆G < 0

41. Для процесса тепловой денатурации ферментов ∆H>0 и ∆S>0. Будет ли данный процесс протекать самопроизвольно?

а) будет при высокой температуре, т.к. |T•∆S |>|∆H |

б) будет при низкой температуре, т.к. |T•∆S |<|∆H |

в) не будет, т.к. |T•∆S |>|∆H |

г) не будет, т.к. |T•∆S |<|∆H |

42. Тепловая гидратация многих белков ∆H<0 ∆S<0 . Будет ли данный процесс протекать самопроизвольно

а) будет при низких температурах, т.к. |∆H |>| T•∆S |

б) будет при низких температурах, т.к. |∆H |<| T•∆S |

в) будет при высоких температурах, т.к. |∆H |<| T•∆S |

г) не будет ни при каких температурах

43. Фотосинтез – образование глюкозы из углекислого газа и воды, ∆H >0 ∆S<0. Будет ли данный процесс протекать самопроизвольно

а) не будет при любых температурах в) будет при высоких температу­рах

б) будет при любых температурах г) будет при низких температу­рах.

44. Реакция 3H_2(г) + N_2(г) →2NH_3(г) проводится при 110°С. Какие из указанных величин сохраняются в ходе реакции

а) объем в) энтальпия

б) энтропия г) масса

4 5. Для реакции Н₃РО₄ + аденозин АДФ + Н₂О ∆G = 14кДж. В каком на­правлении он протекает самопроизвольно?

а) в обратном б) в прямом в) состояние равновесия

4 6. Изобарно-изотермический потенциал ферментативной реакции в печени глюкозо-1-фосфат глюкозо-6-фосфат составляет -7,5кДж. В каком направ­лении протекает реакция?

а) в обратном б) в прямом в) состояние равновесия

47. Стандартная энтальпия образования сахарозы составляет – 2222кДж/моль. Какое уравнение отражает полученное значение.

а ) С₁₂Н₂₂О_11(Т) + 12 О_2(Г) 12СО_2(Г) + 11Н₂О_(Ж)

б ) 12С_(Т) + 11Н₂О_(Г) С₁₂Н₂₂О_11(Т)

в ) 12С_(Т)+ 11Н_2(Г) + 5,5О_2(Г) С₁₂Н₂₂О_11(Т)

г ) С₁₂Н₂₂О_11(ж) С₁₂Н₂₂О_11(т)