Термодинамика. Основные понятия и законы. Особенности термодинамики живых систем

medkrmu.kz
ЦЕЛИ ЛЕКЦИИ
ОБУЧАЮЩАЯ: сформировать знания об основах химической термодинамики, первом законе термодинамики и законе Гесса.
РАЗВИВАЮЩАЯ: расширить кругозор обучающихся на основе интеграции знаний, развить логическое мышление.
ВОСПИТАТЕЛЬНАЯ: содействовать формированию у обучающихся устойчивого интереса к изучению дисциплины.

medkrmu.kz
Химическая термодинамика - это часть термодинамики, изучающая основные закономерности превращений химической энергии в другие виды энергии.

medkrmu.kz
Основные понятия и термины
Термодинамическая система (ТД система) – это тело или совокупность взаимодействующих тел материального мира, отделенных от окружающей среды реальными или воображаемыми границами.

medkrmu.kz
Классификация систем по характеру взаимодействия с окружающей средой
Открытая
система
(живой организм) Закрытая
система
(запаянная ампула с лекарством)
Изолированная
система
(термос)
↔ энергия ↔ энергия масса

medkrmu.kz
Основные понятия химической термодинамики
Фаза - это часть системы, отделенная от других частей границей раздела, при переходе через которую свойства резко меняются скачком.

medkrmu.kz
Основные понятия химической термодинамики
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: растворы глюкозы, солей, кислот.
2. Гетерогенные системы. Они состоят из нескольких фаз, отделенных границей раздела. Пример: эритроциты - плазма крови, живой организм.

medkrmu.kz
Основные понятия химической термодинамики
Термодинамическое состояние системы - совокупность всех физических и химических свойств системы.
Качественно характеризуется числом фаз и химическим составом, количественно - термодинамическими параметрами.
Для термодинамики особое значение имеет равновесное состояние системы - постоянство всех свойств в любой точке системы и отсутствие потоков массы и энергии в системе.

medkrmu.kz
Основные понятия химической термодинамики
Термодинамические параметры - это совокупность физических величин, определяющих состояние системы: масса (m), количество вещества (n), температура (Т), давление (р), объем (V), концентрация (с), плотность (ρ), внутренняя энергия (U), энтальпия (Н), энтропия (S) и др.
Основные параметры - это параметры, значение которых можно непосредственно измерить: m, V, T, C.
Экстенсивные параметры - это параметры, величина которых зависит от размера термодинамической системы: m, V, n, H, G.
Интенсивные параметры - это параметры, величина которых не зависит от размера термодинамической системы: T, C, ρ, р.

medkrmu.kz
Основные понятия химической термодинамики
Термодинамический процесс - переход системы из
одного состояния в другое, сопровождающийся изменением хотя бы одного термодинамического параметра.
В зависимости от того, какой из параметров состояния при протекании термодинамического процесса остается постоянным, различают следующие термодинамические процессы:
изотермический (Т = const),
изобарный (р = const),
изохорный (V = const),
изобарно-изотермический (р, Т=const)
изохорно-изотермический (V, Т=const)

medkrmu.kz
Первый закон термодинамики
Химические процессы сопровождаются изменением энергии.

medkrmu.kz
Первый закон термодинамики
Является количественным выражением всеобщего закона природы о вечности материи и движения: энергия в системе не создается из ничего и не исчезает бесследно.

medkrmu.kz
Функции состояния системы
Энтальпия - это функция состояния системы, характеризующая энергосодержание системы в изобарно-изотермических условиях, включающая внутреннюю энергию и работу.
Т.к. ΔН=Qр, => ΔН = ΔU + р·ΔV [кДж·моль-1]
Энтальпию часто называют «тепловой функцией» или «теплосодержанием» системы.

medkrmu.kz
Закон Гесса
Закон Гесса — основной закон термохимии, который формулируется следующим образом: Тепловой эффект химической реакции, проводимой в изобарно-изотермических или изохорно-изотермических условиях, зависит только от вида и состояния исходных веществ и продуктов реакции и не зависит от пути её протекания

medkrmu.kz
Второй закон термодинамики
Теплота не может переходить
самопроизвольно от более
холодного тела к более
нагретому

medkrmu.kz
Функции состояния системы
Энтропия (по Клаузиусу) - функция состояния система, приращение которой (ΔS) равно минимальной теплоте (Qmin), поступившей в систему в обратимом изотермическом процессе, деленной на абсолютную температуру (Т), при которой совершается этот процесс.
ΔS=Qmin/T, [Дж · моль-1 · К-1].

medkrmu.kz
Функции состояния системы
Энтропия связана с вероятностью состояния системы уравнением Больцмана:
S=КБ · InW, где
KБ-постоянная Больцмана,
KБ = R/Nа= 1,38· 10-23 Дж· К-1;
W-вероятность состояния системы, т.е. число микросостояний, которым может быть реализовано данное макросостояние.

medkrmu.kz
Медико-биологическое значение темы
Термодинамический метод исследования является одним из наиболее надежных способов изучения обмена веществ и энергии в живых организмах.
Превращения энергии, происходящие в живых организмах, являются предметом биоэнергетики.

medkrmu.kz
Особенности организации живых систем:
Биологические системы являются открытыми.
Процессы в живых системах в конечном итоге необратимы.
Живые системы не находятся в состоянии равновесия.
Все биологические системы гетерогенны.

medkrmu.kz
Биоэнергетика
Термодинамический смысл смерти живого организма – это равновесное состояние, характеризующееся отсутствием потоков энергии и вещества.