Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Тема: Тепловые эффекты химических реакций. Термодинамические характеристики химических и биохимических процессов

С.А. Сергеева, В.Е. Рябинин

 

Практикум по химии

 

 

 
 


Митохондрии- «энергетические станции» клетки, отвечающие за кислородное дыхание Эволюционное прошлое митохондрий, их бактериальное происхождение породило неожиданный побочный эффект, весьма неприятный для людей,
т.к. разрушенные митохондрии, сходные по своей структуре с компонентами бактериальных клеток, иммунной системой распознается как инфекция.

 

 

Учебное пособие

предназначено для самостоятельной аудиторной и

внеаудиторной работы студентов, обучающихся

по специальности 060105.65 – Стоматология

 

 

Челябинск 2012

УДК

ББК

Рецензенты: В. В. Авдин, заведующей кафедрой экологии и природопользования, декан химического факультета ФГБОУ ВПО Южно-Уральского государственного университета, директор НОЦ "Нанотехнологии", профессор, д.х.н.
      ??  
Авторы: С.А. Сергеева, ст. преподаватель кафедры химии ГБОУ ВПО ЧелГМА Минздравсоцразвития России, к.б.н. В.Е. Рябинин, профессор кафедры химии ГБОУ ВПО ЧелГМА Минздравсоцразвития России, д.б.н.  
     

С-
Элементы химической термодинамики и кинетики: учебное пособие к лабораторному практикуму по химии /С.А. Сергеева, В.Е. Рябинин. Челябинск: Издательство «Челябинская государственная медицинская академия», 2012. – 35 с.: ил.

Представлены практические задания по разделу биофизической химии: газы и жидкости, первый и второй законы термодинамики, термохимия, химические равновесия, химическая кинетика и катализ. Пособие содержит ситуационные задачи с образцами их решения, имеет большое число вопросов и задач, а также тесты для самоконтроля. В пособии подробно описаны методики выполнения лабораторных работ, а также физико-химические принципы проведения эксперимента и обработки результатов измерений, что повышает профилизацию предмета. В конце пособия приведены справочные данные о свойствах важнейших неорганических и органических соединений.

Пособие составлено с учетом требований Федерального Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по специальности 060201– Стоматология, утвержденного приказом Минобрнауки РФ № 1118 от 8 ноября 2010 года.

Учебное пособие утверждено на заседании Ученого совета ГБОУ ВПО ЧелГМА Минздравсоцразвития России от ….12 протокол №…..

Учебное пособие предназначено для студентов стоматологического факультета.

 

Содержимое ресурса охраняется законом об авторском праве. Несанкционированное копирование и использование данного продукта без ссылки на издание запрещается.

 

Сергеева С.А., Рябинин В.Е., 2012

Изд-во «Челябинская государственная

медицинская академия, 2012

Оглавление

Введение ……………………………………………………………………. Раздел 1. Тепловые эффекты химических реакций. Термодинамические характеристики химических и биохимических процессов………………….. 1.1.Ситуационные задачи с алгоритмами их решений, эталонами ответов и с комментариями…………………………………………………………… 1.2.Ситуационные задачи для закрепления материала……………………… 1.3.Контрольные вопросы …………………………………………………….. 1.4.Лабораторная работа.Определение стандартной теплоты (энтальпии) реакции нейтрализации ……………………………………... 1.5.Тесты текущего уровня…………………………………………………….. Раздел 2. Кинетика химических и биохимических реакций. Химическое равновесие………………………………………………………………………. 2.1.Ситуационные задачи с алгоритмами их решений, эталонами ответов и с комментариями…………………………………………………………… 2.2.Ситуационные задачи для закрепления материала ……………………... 2.3..Контрольные вопросы ……………………………………………………. 2.4.Лабораторная работа. Зависимость скорости химической реакции от концентрации……………………………………………………………….. 2.5.Тесты текущего уровня…………………………………………………….. Приложения ……………………………………………………………… Список литературы ……..………………………….………………...                

Введение

Как невозможно научиться читать и писать, не зная алфавита, так и трудно себе представить современного специалиста в области естественных наук без знаний основополагающих законов материального мира. Так, в частности, изучение биохимических основ различных метаболических процессов невозможно без усвоения определенных знаний классической термодинамики, предсказательная ценность которой возрастает с увеличением объема изучаемой совокупности метаболитов. Именно поэтому в учебном пособии дается подробная информация о термодинамических принципах на примерах химических и биохимических процессов, рассматриваются варианты решения задач биомедицинского характера. Приобретение навыков в решении типичных задач значительно облегчает усвоение материала и помогает проводить анализ экспериментальных данных.

Определение состояния энергетического обмена в открытых системах представляет собой достаточно сложную задачу, тем не менее, в настоящее время сформулированы общие принципы применения термодинамики к неравновесным открытым системам в стационарном состоянии. Главные принципы биоэнергетики позволяют объяснить, почему протекают одни реакции и не осуществляются другие. Как известно, многие метаболические процессы регулируются энергетическим статусом клетки, ее энергетическим зарядом и потенциалом фосфорилирования. Поэтому стратегия метаболизма заключается в генерировании АТФ, восстановительной способности (НАДФН и НАДН) и различных предшественников для биосинтетических процессов.

Поскольку живые организмы получают энергию в результате окислительно-восстановительных реакций, то особое значение приобретает рассмотрение и изучение количественных отношений, связывающих эти реакции и изменения энергии (константа равновесия, свободная энергия реакции и др.). Химические реакции можно исследовать либо путем анализа поведения участвующих в них молекул, т.е. методами химической кинетики, либо путем рассмотрения процесса переноса энергии, который сопровождает реакцию, т.е. методами химической термодинамики. В учебном пособии дается не только информация о кинетике химических и биохимических реакций, но и предлагается осуществить соответствующие лабораторные работы. Определение скоростей или исследование кинетики химических и ферментативных реакций является мощным методом изучения механизмов этих процессов и получения важной информации, как в теоретическом, так и в практическом плане.

Овладение основами химической термодинамики и кинетики является необходимой предпосылкой для успешного изучения химических основ жизнедеятельности. Пособие поможет студентам глубже усвоить основополагающие разделы химии и будет полезным при изучении биохимии и фармакологии.

 

 

Тема: Тепловые эффекты химических реакций. Термодинамические характеристики химических и биохимических процессов

Актуальность темы.Все химические реакции сопровождаются энергетическими эффектами: выделением или поглощением тепла, света и энергии. Термодинамика изучает взаимные превращения различных видов энергии, отвечает на вопрос о возможности и направлении процессов, рассчитывает их тепловые эффекты.

Превращение энергии в биологических системах изучает биоэнергетика – раздел химической термодинамики, базирующийся на положениях, согласно которым ко всем живым системам можно применять законы термодинамики. Живая клетка организма в целом является открытой термодинамической системой, в которую беспрерывно поступают и выделяются вещества, а также осуществляется обмен энергии с окружающей средой. Вместе с тем, процессы обмена веществ в жизнедеятельности клетки связаны с преобразованием энергии, и живые организмы при этом её получают в виде потенциальной энергии, аккумулированной в химических связях молекул жиров, белков и углеводов. В процессе биологического окисления эта энергия высвобождается, прежде всего, для синтеза АТФ. Другая часть этой энергии превращается в теплоту, выделяется в процессе биологического окисления питательных веществ и эта теплота называется первичной. Количество синтезированных молей АТФ на моль окисленного субстрата зависит от его вида и от величины коэффициента фосфорилирования, который равен количеству синтезированных молекул АТФ в расчете на один атом кислорода, потребленный при окислении восстановленных органических соединений в процессе дыхания.

В нормальных условиях при полном окислении 1 г смеси углеводов пищи выделяется 4 ккал тепла, из которых только 0,91 ккал энергии аккумулируется в синтезированной АТФ. Поэтому коэффициент полезного действия синтеза АТФ при окислении глюкозы равен: , а 77,3% химических связей глюкозы при этом превращается в первичную теплоту и рассеивается в тканях.

Энергия, аккумулированная в АТФ, в последующем используется для осуществления в организме химических, транспортных, электрических процессов, производства механической работы и, в конечном итоге, тоже превращается в теплоту, получившую название вторичной. Следовательно, количество тепла, образовавшегося в организме, становится мерой суммарной энергии химических связей, подвергшихся биологическому окислению. Поэтому вся энергия, образовавшаяся в организме, может быть выражены в единицах тепла – калориях или джоулях. Для определения энергообразования в организме используют калориметрию.

В последние годы методы биоэнергетики применяются при исследовании таких биохимических процессов, как тканевое дыхание, фотосинтез, гликолиз, а также при изучении некоторых физиологических процессов на клеточном уровне. В последнем случае сравнение биоэнергетики здоровых и больных клеток позволяет изучать различные патологические явления, разрабатывать диагностику и методы лечения некоторых заболеваний на ранних стадиях. Кроме того, расчет теплового эффекта используется в диетологии для определения калорийности пищевых продуктов.

Цель темы:Приобретение системных знаний об основных началах термодинамики и термодинамических функциях состояния системы и умение применять эти знания к конкретным системам, встречающихся в биологических объектах. Овладение навыками выполнения термохимических расчетов для прогнозирования направленности и энергетики биохимических процессов, а также экспериментального определения тепловых эффектов на примере реакция нейтрализации.

Исходный уровень. Студент должен знать из довузовского курса химии: «Тепловые эффекты химических реакций, сохранение и превращение энергии при химических реакциях. Термохимические уравнения. Молярная концентрация вещества в растворе»и из курса биологии: «Обмен веществ и превращение энергии в клетке».

Основные учебно-целевые вопросы:

1. Основные понятия химической термодинамики:

- система; типы систем (изолированные, закрытые, открытые);

- интенсивные и экстенсивные параметры системы;

- функции состояния системы;

- внутренняя энергия; работа и теплота – формы передачи энергии;

- термохимические процессы (изотермические, изобарные, изохорные);

- термодинамические обратимые (равновесные) и необратимые процессы; стандартное состояние.

1.2. Первое начало термодинамики. Энтальпия. Стандартная энтальпия образования и сгорания веществ.

1.3. Термохимия. Тепловой эффект химической реакции. Закон Гесса и следствия из него.

1.4. Второе начало термодинамики. Энтропия. Энергия Гиббса. Прогнозирование направления самопроизвольно протекающих процессов в изолированных и закрытых системах; роль энтальпийного и энтропийного факторов. Термодинамические условия равновесия.

1.5.Экзергонические и эндергонические процессы в организме. Макроэргические соединения.

1.6.Химическая термодинамика как теоретическая основа химических процессов и биоэнергетики

Учебная карта темы.

1. Практическая часть:

1.1. Примеры решение ситуационных задач.

1.2. Вопросы и ситуационные задачи для закрепления материала.

1.3. Контрольные вопросы.

2. Экспериментальная часть(лабораторная работа).

3. Контроль усвоения темы(тесты текущего уровня).

Практическая часть

1.1.Ситуационные задачи (№№ с 1 по 7) с алгоритмами их решений, эталонами ответов и с комментариями.




©2015 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.