Kimyoviy termodinamika va bioenergetika mavzuning maqsadi

KIMYOVIY TERMODINAMIKA VA BIOENERGETIKA

MAVZUNING MAQSADI

• Termodinamika qonunlari jonli va jonsiz tabiat uchun universaldir. Odam organizmida energiyaning turli hillari mavjud bo’ladi va ular bir biriga o’tib turib, modda almashinuvini ta’minlovchi asosiy omillardan biri hisoblanadi. Ehergiya almashinuvining buzilishi turli hil kaslliklarni sababchisi bo’ladi. Bu sabablarni tushinib yetish uchun termodinamikaning qonunlariga asoslanish maqsadga muvofiqdir.

Ko’riladigan masalalar

• Termodinamika fani va uning vazifalari
• Termodinamikaning qonunlarini tibbiyotda qo’llanishi
• Termodinamik sistemalar va termodinamik omillar
• Ichki energiya
• Termodinamikaning birinchi qonuni
• Izobar va izohor issiqlik samaradorliklari
• Entalpiya

Ko’riladigan masalalar

• Kimyoviy termodinamika. Issiqlik samaradorligi
• Gess qonuni va undan kelib chiqadigan hulosalar
• Termodinamikaning ikkinchi qonuni
• Entropiya va Gibbs enerdiyasi
• Muvozanatning termodinamik shartlari
• O’z-o’zidan boradigan termodinamik jarayonlar va ularning yo’nalish shartlari

Termodinamika fani va uni o’rganishda ishlatiladigan tushunchalar

• Termodinamika - bu energiyaning bir turini ikkinchi turiga o’tishini o’rganuvci fandir.

• Energiya turlari:

• 1. mehanik energiya

• 2. issiqlik energiyasi

• 3. kimyoviy energiya

• 4. elektr energiya

• 5. yadro ichi energiyasi

Sistema va uning turlari

• Atrofi muhitdan shartli ravishda ma’lum chegara bilan ajratiladigan har qanday jism yoki jismlar to’plami sistema deyiladi.

• Atrofi muhit bilan:

• Ochiq sistema - ham moddasi, ham energiyasi bilan almashinadi

• Yopiq sistema - faqat moddasi bilan almashinadi

• Ajratilgan sistema - moddasi bilan ham, energiyasi bilan ham almashinmaydi

Termodinamik sistema va uning ichki energiyasi

• Agar sistema holat o’lchovlari deb yuritiladigan kattaliklar - massa, hajm, bosim, harorat, tarkibi, issiqlik sig’imi - bilan ta’riflansa u termodinamik sistema deyiladi.

• Sistemaning ichki energiyasi - bu uning mehanik energiyadan tashqari bo’lgan energiyaning barcha turlarining yig’indisidir.

Termidinamikaning birinchi qinuni

• Har qanday jarayon davomida enerjiya yo’q bo’lmaydi va yo’qdan bor bo’lmaydi, u faqat bir ko’rinishdan ikkinchi ko’rinishiga ekvivalent miqdorda o’tishi mumkin.

• Organizmda modda almashinuvini boshqaruvchi jarayonda kimyoviy energiya, energiyaning boshqa turlariga o’tib, organizmning hayot faoliyatini ta’minlaydi.

Termidinamikaning birinchi qinunini matematik ifodasi

• Q = U + A

• Bu erda Q - sistemaning issiqligi

• U - ichki energiyaning ortishi:

•  U = U2 - U1

• A - tashqi ta’sirlar ostida

• bajariladigan ish miqdori

• Agar ish faqat hajm o’zgarishi hisobiga borsa

• A = P V

• unda: Q =  U + P V

Izohor jarayonning issiqlik samaradorligi

• Izohor jarayonda hajm o’zgarmas, ya’ni

• V = const bo’ladi.

• Hajm o’zgarmasa: V = 0

• ish bajarilmaydi: PV = 0

• Bunday sharoitda, termodinamikaning birinchi

• qonuniga binoan, sistemaga berilgan bor

• issiqlik uning ichki energiyasini oshirishga

• sarflanadi: QV = U

Izibar jarayonning issiqlik samaradorligi

• Izobar jarayonda sistemaning bosimini o’zgarishi bo’lmaydi: P = const

• Bunday holat uchun termodinamikaning 1-chi

• qonunu Q =  U + P V quyidagicha ko’chiriladi:

• QP = U2 -U1 + P(V2 -V1) = U2 - U1 + PV2 -PV1

• QP = (U2 + PV2) - (U1 - PV1)

• U + PV = H QP = H2 - H1 = H

• Sistemaning o’zgarmas bosimdagi issiqlik samaradorligi entalpiya deyiladi

KIMYOVIY TERMODINAMIKA

• Kimyoviy jarayonlar davomida energiya

• o’zgarishini o’rganuvchi termodinamikaning

• tarmog’i kimyoviy termodinamika deyiladi.

• Issiqlik ajralishi bilan boradigan jarayon -

• ekzotermik, issiqlik yutilishi bilan boradigan

• jarayon - endotermik deyiladi.

• Reaksiya davomida ajralgan yoki yutilgan issiqlik miqdori reaksiyaning issiqlik samaradorligi deyiladi.

Termokimyoviy tenglamalar

• Ekzotermik jarayon:

• H2 (g) + 1/2O2 (g) = H2O(s) + 284,2 kJ, yoki

• H2 (g) + 1/2O2 (g) = H2O(s) ; H = -284,2 kJ

• Endotermik jarayon:

• 1/2 N2 (g) + 1/2 O2 (g) = NO(g) - 180,75 kJ, yoki

• 1/2 N2 (g) + 1/2 O2 (g) = NO(g); H = +180,75 kJ

Gess qonuni

• «Reaksiyaning issiqlik samarasi (entalpiyasi)

• dastlabki modda va mahsulotlarining tabiati va

• holatiga bog’liq bo’lib, reaksiya bosib o’tadigan

• yo’liga bog’liq emas.»

• Q = Q1 + Q2 = Q3 + Q4 + Q5

• Q1 Q2

• Q

• Q3 Q5

• Q4

Gess qonunidan hulosalar

• 1. Hd = - Hf ; Bu erda: Hd - moddaning parchalanish entalpiyasining o’zgarishi

• Hf - moddaning hosil bo’lish entalpiyasining

• o’zgarishi

• 2. Hr0 =  nHf0 (mahs.) -  nHf0 (dastl.)

• Bu erda:  nHf (mahs.) - mahsulotlar hosil bo’lish entalpiyalari o’zgarishining yig’indisi

•  nHf (dastl.) - dastlabki moddalar hosil bo’lish

• entalpiyalari o’zgarishining yig’indisi

• 3. Hr =  nHyonish (dastl.) -  nHyonish (mahs.)

Termodinamikaning ikkinchi qonuni

• Klauziusning ta’rifi:

• «Issiqlik o’z-o’zidan sovuq jismdan issiq

• jismga o’ta olmaydi»

• Termodinamik ehtimollikning logarifmlangan qiymati entropiya deyiladi:

• S = k lgW

• Bu erda: S - entropiya - sistemaning

• tartibsizligi funcsiyasi

• k - Bolsman doimiysi

• W - termodinamik ehtimollik

Termodinamikaning ikkinchi qonuni

• O’zgarmas harorat - izotermik jarayonda:

• ΔS = Q/T; J/(K.mol) yoki Q = TΔS

• Q = ΔU + PΔV ga qo’ysak - TΔS = ΔU + PΔV

• P = const bo’lsa ish bajarilmaydi: PΔV = 0, unda

• Ubog’l. = TS

• G = H - Ubog’l. = H - TS

• Bu erda: Ubog’l. - bog’langan (ish sarflamay tarqaladigan) energiya qismi

• G - erkin yoki Gibbs energiyasi (foydali ish uchun sarflanadigan energiya qismi).

Reaksiya yo’nalishini oldindan bilish uchun hisoblanadigan kattaliklar:

• ΔG = ΔH - TΔS

• ΔH0 =  nΔH0 (mahs.) -  nΔH0 (dastl.)

• ΔS0 =  nΔS0 (mahs.) -  nΔS0 (dastl.)

• ΔG0 =  nΔG0 (mahs.) -  nΔG0 (dastl.)

• ΔG < 0 - jarayon o’z-o’zidan boradi

• ΔG = 0 - sistema muvozanat holatida

• ΔG > 0 - garayon termodinamik jihatdan

• amalga oshishi mumkin emas