Основные понятия термодинамики.Первое начало термодинамики и его применимость к биосистемам. (Лекция 04)

… научная дисциплина, которая устанавливает точные соотношения между энергией и свойствами системы, не требуя каких-либо сведений о строении молекул и механизме процессов.
Задачи термодинамики:
Расчёт теплового эффекта реакции.
Определение направления реакции.
Расчёт максимального выхода продукта.
Термодинамика - …

Главная задача – научиться производить термодинамические расчёты и по результату делать выводы о направлении реакции и количестве тепла, которое в реакции выделяется.
Система – тело или группа тел, находящихся во взаимодействии и мысленно обособленных от окружающей среды (содержит от 10+5 до 10+11 молекул)
Основные понятия термодинамики

По характеру взаимодействия с окружающей средой делят на:
Термодинамические системы
Открытая
Изолированная
Закрытая

Н − энтальпия − тепловой эффект образования 1 моль вещества из простых веществ при р=const.
Е(U) − внутренняя энергия − полный запас энергии тела или системы без учёта её Ек и Еп.
S − энтропия
G − изобарно-изотермический потенциал / свободная энергия Гиббса.
Функции состояния

… одна из форм закона сохранения энергии.
Его формулировки:
1. Энергия не создаётся и не уничтожается, а переходит из одной формы в другую.
2. Переход из одного вида в другой происходит в строго эквивалентных количествах.
3. Полная энергия изолированной системы − величина постоянная.
Q = ΔE + pΔV
Первый закон термодинамики − …

Первый закон термодинамики в приложении к химическим реакциям
ΔH = ΔE + pΔV
Теплота, подведённая к системе, расходуется на увеличение внутренней энергии и на совершение ею работы против внешних сил.
Юлиус Роберт Майер (1814 − 1878)

1. Калориметрия − экспериментальный способ определения ΔН.
Способы определения ΔН

2. Закон Гесса − изменение энтальпии в химической реакции зависит только от вида и состояния исходных веществ и продуктов и не зависит от путей перехода из одного состояния в другое.
Способы определения ΔН
ΔΗ1 = ΔΗ2 + ΔΗ3
Герман Иванович Гесс (1802 − 1850)

3. Следствия из закона Гесса
I-ое следствие:
II-ое следствие:
Способы определения ΔН
Реакция сгорания – процесс взаимодействия сложного вещества с кислородом, в результате которого образуются высшие стабильные оксиды.

Изменение энтальпии (ΔН) прямо пропорционально количеству исходных веществ и продуктов.
Значение ΔН прямой реакции равно по величине и обратно по знаку ΔН обратной реакции (закон Лавуазье – Лапласа).
ΔΗ°(стандартная энтальпия) = 0 для простых веществ и элементов в стандартных условиях (Т=298К, р=101,3 кПа, n=1моль).
Основные правила, используемые в расчётах ΔΗ реакции

Для расчёта уровня основного обмена в организме. Основной обмен – скорость выделения организмом тепла в состоянии покоя и по прошествии значительного времени после приёма пищи. В норме 320-360 кДж/час; сильные отклонения указывают на недостаток или избыток Т3 и Т4.
В диетологии (энергоменю), которая устанавливает соответствие калорийности пищи энергозатратам.
–ΔН = с (–ΔНугл.) + f (–ΔНжир.) + р (–ΔНбел.)
–ΔНугл., жир., бел. – калорийность, равная количеству тепла при полном окислении 1 г до конечных продуктов обмена веществ. -ΔНстуд. = 12500-15100 кДж
Применение I начала

Калорийность пищевых продуктов, представленная в виде их Е эквивалента

Классификация процессов по тепловому эффекту