ТЕРМОХИМИЯ.Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИКО-СТОМАТОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. А.И.Евдокимова
КАФЕДРА ОБЩЕЙ И БИООРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ Лекции № 1 и № 2 ЭЛЕМЕНТЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕРМОДИНАМИКИ. ТЕРМОХИМИЯ. Продолжительность – 2 академических часа.
Составитель: профессор А.А.Прокопов
МОСКВА ☺ Не существует вопроса «должен ли врач знать химию?». Существует проблема – как преподавать химию студентам-медикам? В настоящее время мировое медицинское сообщество едино в том, что наиболее важна не формально-статическая сторона химии, а химическая логика нормальных и патологических процессов, их химические механизмы. Организму для функционирования нужна энергия, поскольку в организме должна выполняться работа: Ø Механическая (например – сокращение мышц), Ø Осмотическая (создание и поддержание градиентов ионов, например – избытка Са2+ в митохондриях), Ø Электрическая ( например – генерация потенциалов действия).
Энергия – это свободно конвертируемая валюта процессов, а все процессы энергетически значимы. Двумя различными способами передачи этой валюты - энергии -являются теплота и работа, они могут взаимно переходить друг в друга. Законы взаимных превращений различных видов энергии, связанных с переходами энергии между телами в виде теплоты и работы изучает термодинамика. В организме, энергия химических процессов переходит: - в механическую (в мышце), - в электрическую (в нервной ткани), - в осмотическую (в почке или на любой плазматической мембране), световая энергия переходит в электрическую (сетчатка глаза), механическая энергия переходит в электрическую (ухо) и т.д. Химическая термодинамика применяет законы таких превращений для определения направления и степени протекания химических реакций. Объектом исследования термодинамики является ‘термодинамическая система’ или просто ‘система’. Под системой в термодинамическом смысле понимают выделенную из внешней среды (реальными границами или мысленными) совокупность тел (или веществ), которые могут обмениваться между собой энергией и веществом. Различают: 1. изолированные системы, они не могут обмениваться с внешней средой ни веществом, ни энергией (идеализация. Приближение - термос); 2. закрытые системы могут обмениваться с внешней средой только энергией, но не веществом (в приближении - здоровый или запломбированный зуб); 3. открытые системы обмениваются с внешней средой и веществом, и энергией (кариозный зуб, человек в целом). Состояние системы характеризуется набором её свойств – параметров состояния, к которым относятся, в частности, химический состав системы, температура Т, объём V, давление p и т.д. Каждая система характеризуется, кроме того, её внутренней энергией U. Эта энергия складывается из энергий образующих её составных частей, в том числе молекул, атомов, электронов, ядер, внутриядерных частиц и т.д. Она представляет собой сумму кинетической энергии движения указанных частиц и потенциальной энергии их взаимодействия между собой, а также собственной энергии, отвечающей массе покоя частиц: E = mc2. Т.к. окончательно строение материи неизвестно (и не будет известно никогда), то учесть все виды взаимодействия всех видов частиц невозможно, т.е. невозможно знать абсолютное значение U. Но термодинамика в этом знании и не нуждается, т.к. имеет дело с изменениемэнергии. Внутренняя энергия не включает в себя кинетическую энергию системы в целом и её потенциальную энергию во внешних полях, в частности, гравитационном. Изменение внутренней энергии системы может происходить: 1. путём её обмена с другими системами теплотой и (или) 2. совершения работы (ею или над нею). В химической термодинамике различают механическую работу и так называемую полезную (в химическом смысле) работу. Механическая работа совершается в результате изменения объёма системы, при постоянном давлении: A = p . DV Полезная работа приводит к протеканию химической реакции: например, это работа электрического тока при электролизе.
ПЕРВЫЙ ЗАКОН (начало) ТЕРМОДИНАМИКИ – это закон сохранения энергии: энергия не создаётся из ничего и не может превратиться в ничто; если в течение процесса исчезает энергия определённого вида, то взамен появляется эквивалентное количество энергии другого вида. Следовательно, система не может ни создавать, ни уничтожать энергию. Внутренняя энергия изолированной системы однозначно определяется её параметрами состояния, т.е. она одна и та же независимо от того, каким способом образовалась система, если её параметры состояния те же. Отсюда следует, что внутренняя энергия есть функция состояния – это одна из формулировок
|
