Пробірку без дна із закріпленою на ній напівпроникною мембраною наповнюють 70 %-ним розчином сахарози, закривають корком з отвором, в якому вставлена скляна трубка з зігнутим кінцем. Осмометр закріпляють в штативі, а розчин відділений мембраною опускають в склянку з дистильованою водою. Внаслідок ендоосмосу рідина в трубці підіймається на певну висоту. Стовпчик рідини в трубці показує величину осмотичного тиску.
Намалювати осмометр і зробити відповідні висновки.
Робота 2. Ріст "штучної клітини" Траубе.
В пробірку поміщають кілька кристалів калій гексаціано-(ІІ)-феррату (жовта кров'яна сіль) К4[Fе(СN)6]. Доливають 4-5 мл 5%-ного розчину сульфату міді. Кристалики солі, розчиняючись, взаємодіють з сульфатом міді. При цьому утворюється напівпроникна мембрана гексаціано-(ІІ)-феррату міді, Сu2[Fе(СN)6], яка пропускає воду, але не пропускає йони солі. Зобразити малюнком ці утворення і зробити відповідний висновок.
Робота 3. Одержання деревоподібних утворень.
В чотири пробірки наливають по 4-5 мл розведеного силікатного клею і опускають в кожну пробірку відповідно кристали хлоридів кобальту, марганцю, нікелю, міді. Через деякий час з кристаликів виростають деревоподібні утворення.
Зробити відповідні малюнки і пояснити ці явища.
РОЗДІЛ 7
Термодинаміка - це наука про взаємні переходи форм енергії.
Хімічна термодинаміка - вивчає зміни енергії при хімічних реакціях та фазових переходах. Вона встановлює стійкість хімічних речовин, можливість, напрямок і межі протікання реакцій, вплив основних факторів: тиску, температури, концентрації на здійснення хімічного процесу.
В живих організмах постійно проходить обмін речовин (метаболізм). Це сукупність багатьох хімічних реакцій, які супроводжуються виділенням і поглинанням енергії. Цей процес обміну речовин і енергії є характерною ознакою життя. Тому для медиків важливо знати основні закони термодинаміки, її методи, які допомагають зрозуміти і вивчити процеси життєдіяльності.
Основні поняття:
Система - частина фізичного світу (речовина чи сукупність тіл), що має реальну чи уявну границю від навколишнього середовища і характеризується певними властивостями (клітина, нервова система живого організму, серцево-судинна система, система травлення і т.д).
Системи діляться на: гомогенні (однорідні), які не мають границі поділу фаз; гетерогенні (неоднорідні), які мають границю поділу фаз.
Системи можуть бути: ізольовані (ідеальні) які не обмінюються з навколишнім середовищем ні масою ні енергією; закриті, що обмінюються енергією але не обмінюються масою; відкриті, які обмінюються із навколишнім як енергією так і масою.
Всі живі організми - відкриті гетерогенні системи.
Стан системи - сукупність фізичних і хімічних властивостей системи, які описуються за допомогою термодинамічних факторів, які вона має в даний момент. Cтан системи може змінюється. Якщо система не змінюється в часі, то такий стан називається рівноважний. Рівновага найчастіше буває динамічною, тобто коли процеси протікають з однаковою швидкістю так, що в цілому система не змінюється.
Фаза - це сукупність всіх однорідних по складу і фізико-хімічних властивостях частин системи відокремлених чіткою границею розділу. Так гомогенна система складається із однієї фази (однофазна), а гетерогенна із кількох фаз.
Компоненти системи - це її незалежні складники. Кожен компонент - індивідуальна речовина, яка може бути виділена і може існувати самостійно.
Наприклад: фізіологічний розчин, який є 0,9 % NaCІ - це система гомогенна, однофазна і двохкомпонентна, яка складається із NaCІ і Н2О.
Параметри стану системи - це величини, які можна визначити безпосередньо вимірюванням. Такими параметрами є температура, тиск, об’єм, концентрація речовин.
Функції стану системи - величини які кількісно описують систему і залежать від параметрів.
Функціями стану системи є:
-внутрішня енергія - U
-ентальпія системи - H
-ентропія - S
-вільна енергія - G
Закони термодинаміки.
Перший закон.Це закон збереження енергії, який має кілька формулювань, що визначають його суть:
1) В ізольованій системі сума всіх видів енергії стала, а отже не може збільшуватись без взаємодії з навколишнім середовищем.
2) Вічний двигун першого роду неможливий. Сталість енергіії ізольованої системи не виключає можливості переходу одного з видів енргії в інший.
3) Переходи енергії здійснюються в строго еквівалентних співвідношеннях.
Для реальних систем підведення деякої кількості теплоти (Q - тепловий ефект) може бути використано на збільшення внутрішньої енергії системи( U) здійснення роботи проти зовнішніх сил (А), що можна виразити таким співвідношенням:
Q= U+A
де U - внутрішня енергія системи - весь запас енергії системи, що включає в себе енергію руху молекул, атомів, електронів в атомах і молекулах і інші види внутрішньої енергії.
Внутрішня енергія залежить від природи речовини і її маси.
Неможливо визначити абсолютне значення внутрішньої енергії системи, визначається лише зміна внутрішньої енергії при переході з одного стану в інший.
U=U2-U1
Формами передачі енергії є теплота і робота. Теплота - це форма передачі енергії, що здійснюється в системі шляхом безпосереднього контакту мікрочастин, що хаотично рухаються.
Робота (А) є формою передачі енергії. В організмі всі процеси протікають при постійному тиску тобто є ізобарними р=const
A=pV=RTn
отже Qp=U+pV=U+RTn
так як U=U2-U1a V=V2-V1,то
Qp= ( U2+ pV2 ) - ( U1+pV1)
якщо прийняти, що U+pV=H - ентальпія, то
Qp= H2-H1=H
Ентальпія- це функція стану, що чисельно рівна сумі внутрішньої енергії системи та роботи по зміні об’єму системи. Ця величина чисельно характеризує міру перетворення енергії в хімічних реакціях в тепло (тепловміст). Для кожної конкретної речовини значення Н при стандартних умовах Н298 має важливе значення.
Конкретні значення Н298 розраховані і надані у «Довіднику з хімії», що дозволяє оцінити, яка енергія пішла на утворення даної речовини ( Н має від’ємне значення), чи виділилась, коли Н має додатнє значення. Зміна ентальпії системи не залежить від шляху процесу, а лише від її початкового і кінцевого стану, що дозволяє розраховувати Н реакції: Нр-ції= Σ Нкінц.прод.- Σ Нвих.прод. з врахуванням стехіометричних коефіцієнтів.
Це випливає із наслідку відомого закону Гесса, який дозволяє реально визначити на практиці тепловий ефект, що визначається початковим і кінцевим енергетичним станом речовини і не залежить від шляхів переходу або проміжних стадій реакцій.
Одним із наслідків закону Гесса є те, що
Н298утв= - Н298 згор
а це значить, що Q= - Нутв ,Q.>0 якщо Н<0, а отже можна розрахувати теплові ефекти тих стадій хімічних і біохімічних реакцій, які експериментально визначити неможливо.
Харчові продукти виділяють таку ж кількість енергії, як і при спалюванні їх у калориметрі. Так при біологічному окислені виділяється:
1г білків 17,6 кДж
1г вуглеводів 19,6 кДж
1г жирів 38,9 кДж
Людина при легкому фізичному навантаженні потребує 8370-10500 кДж на добу
при середньому 12000-15000 кДж
при важкій праці. 16700-25000 кДж
Звідси можна розрахувати, що добова потреба дорослої людини при нормальних фізичних навантаженнях:
в білках - 80-100 г
в жирах - 60-70 г
у вуглеводах - 380-390 г
Основні енергетичні затрати організму людини покриваються за рахунок вуглеводів. Акумулятором енергії харчових продуктів в енергію біосистеми є молекули АТФ. Знаючи склад окремих харчових продуктів і теплоти окислення їх компонентів, можна розрахувати маси необхідних для людини харчових продуктів при різному фізичному навантаженні і при призначенні функціональної та лікувальної дієт.