Термодинамика

МЕДИЦИНСКАЯ ХИМИЯ – объединяет закономерности всех разделов химии для изучения химической стороны физиологических процессов, лекарственной, гигиенической и лечебной практики.
БИООРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ – применяет законы и подходы органической химии к живому организму; изучает свойства биополимеров.

Физическая химия изучает взаимосвязь химических и физических явлений.
Химические реакции всегда связаны с разнообразными физическими процессами:
теплопередачей,
поглощением или излучением электромагнитных колебаний (свет),
электрохимическими явлениями и др.
Физическая химия уделяет главное внимание исследованию законов протекания химических процессов во времени и законов химического равновесия.
Физическая химия делится на две части: термодинамику и кинетику

ТЕРМОДИНАМИКА изучает энергетику физических, физико-химических, химических процессов и отвечает на вопросы:
возможен ли процесс и в какую сторону и при каких условиях он буден направлен;
нахождения предела протекания процесса;
выбора оптимального режима повышения выхода продукта.
КИНЕТИКА – наука о скорости и механизме процесса (химической реакции)

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫ ТЕРМОДИНАМИКИ
Предметом классической термодинамики является изучение законов взаимных превращений различных видов энергии, связанных с переходами энергии между телами в форме теплоты и работы.
Объектом изучения в термодинамике является термодинамическая система (ТДС)
- отдельное макроскопическое тело или группа тел фактически или мысленно отделенных от окружающей среды границей раздела (перегородка, оболочка).
Окружающая среда – все, что находится в прямом или косвенном контакте с ТДС.

В зависимости от характера взаимодействия с окружающей средой различают системы:
ОТКРЫТЫЕ – обмениваются с окружающей средой энергией и веществом (массой)
ЗАКРЫТЫЕ – обмениваются с окружающей средой энергией и работой, а обмен веществом исключен
ИЗОЛИРОВАННЫЕ характеризуются отсутствием обмена энергией и веществом с окружающей средой

Термодинамическое РАВНОВЕСНОЕ состояние, которое характеризуется постоянством всех свойств во времени в любой точке системы и отсутствием потоков вещества и энергии в системе.
Живой организм представляет собой открытую систему, жизнедеятельность которой невозможно без постоянного обмена веществом, энергией и информацией с окружающей средой.
Такое состояние системы называют СТАЦИОНАРНЫМ
Различают также
Состояние любой системы характеризуется совокупностью определенных физических и химических величин, которые называются параметрами системы.

ИНТЕНСИВНЫЕ параметры или основные параметры состояния - параметры, которые поддаются непосредственному измерению, не зависят от числа частиц в системе (т.е. от массы) и выравниваются при контакте систем (T, P, C, ρ ).
ЭКСТЕНСИВНЫЕ параметры или функции основных параметров состояния или просто функции состояния – параметры, значения которых не поддаются непосредственному измерению, пропорциональны числу частиц в системе (H, S, G) и суммируются при контакте систем.

В зависимости от изменения параметров системы процессы разделяют на:
изотермические Т=const, ∆T = 0
изохорические V=const ∆V = 0
изобарические Р=const ∆P = 0
Все процессы, встречающиеся в природе, можно разделить на самопроизвольные (естественные) и несамопроизвольные.
Самопроизвольные процессы не требуют затраты энергии извне (переход тепла от более нагретого тела к менее нагретому)

Термодинамический процесс вызывает энергетические изменения в системе, которые выражаются через изменение определенных величин: внутренней энергии, теплоты, работы.
ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ (U).
Обычно внутренняя энергия относится к 1 моль вещества и называется молярной внутренней энергией; единица измерения – Дж/моль).
Изменение (∆U) внутренней энергии не зависит от пути процесса и происходит путем поглощения (или выделения) теплоты и совершения работы.
ТЕПЛОТА – форма передачи энергии вследствие неупорядоченного движения молекул.
РАБОТА - форма передачи энергии вследствие упорядоченного движения молекул под действием определенной силы.

ПЕРВОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ. ТЕРМОХИМИЯ.
Первый закон ТД – всеобщий закон природы, закон сохранения и превращения энергии.
Впервые сформулирован Ю. Майером (1842).
1. Энергия не исчезает и не возникает из ничего, а только превращается из одного вида в другой в строго эквивалентных количествах.
2. В изолированной системе внутренняя энергия постоянна, т.е. ∆U= 0
- Q = ∆U + A
-Q = ∆U + р . ∆V
3. Вечный двигатель первого рода невозможен, т.е. невозможно создать такой двигатель, который совершил бы работу без затрат энергии.

1. В изобарных условиях ( P = Const)
Qp= ΔH
Следствия из первого начала ТД
2. Для изохорного процесса (V=Const), ∆V=0, тогда QV = ΔU
3. Для изотермического процесса (Т = Const), ΔH = А;
4. Для адиабатического процесса (Q или ΔH =0) то ΔU = -А.
ЗАКОН ГЕССА (1840)
Энтальпия химической реакции, протекающей при постоянном объеме или при постоянном давлении, зависит только от природы и состояния исходных веществ и конечных продуктов и не зависит от числа и последовательности промежуточных стадий при условии, что теплоты измерены при одинаковых температурах.

1
▪
▪
∆H
2
▪
∆H2
∆H1
▪
▪
∆H3
∆H4
∆H5
∆H=
∆H3 +
∆H
∆H1
∆H2
+
=
∆H5
∆H4+
Особое значение имеют стандартные энтальпии образования и стандартные энтальпии сгорания веществ.
Стандартная энтальпия образования простых веществ в их наиболее термодинамически устойчивом аллотропном и агрегатном состоянии при стандартных условиях принимается равной нулю.

Cледствия из закона Гесса.
Стандартная энтальпия сгорания вещества равна энтальпии реакции сгорания 1 моль вещества при стандартных условиях до образования устойчивых оксидов.
1. Энтальпия химической реакции равна разности из сумм стандартных энтальпий образования продуктов реакции и исходных веществ.
2. Энтальпия химической реакции равна разности из сумм стандартных энтальпий сгорания исходных веществ и продуктов реакции.

3. Энтальпия прямой реакции равна энтальпии обратной реакции, но с противоположным знаком

Калорийностью питательных веществ называется энергия, выделяемая при полном окислении 1 г питательных веществ.
1 калория = 4.18 Дж
Наибольшую энергетическую ценность имеют жиры, при окислении которых выделяется 37,7 – 39,8 кДж/г (9,0 – 9,5 ккал/г)
При окислении углеводов в организме человека выделяется 16,5 – 17,2 кДж/г (4,0 - 4,1 ккал/г)
Калорийность белков находится на этом же уровне: 16,5 – 17,2 кДж/г