Основы химической термодинамики и кинетики химических реакций

Лекция № 1

Основы
химической термодинамики и кинетики химических реакций

Понятие о химической термодинамике

Термодинамика – наука, изучающая взаимные превращения различных

Биоэнергетика изучает превращение энергии в биосистемах
Энергия окисления пищевых продуктов, идет

Энергия солнечного излучения преобразуется в энергию химических связей молекулы глюкозы,

40 ккал
Еда, 30 мин

30 ккал
Ходьба, 10 мин

110 ккал
Работа, 1 час

70 ккал
Спуск,

Задача
Потребность в энергии у студентов составляет 11732 кДж в сутки. Можно

Термодинамическая система

это тело или группа тел, отделенные от окружающей среды

Термодинамические параметры

общие
Функции состояния

основные

давление (Р)
температура (Т)
объем (V)
измеряемые
Измеряются абсолютные значения

Первый закон термодинамики

Подведенное к системе тепло идет на увеличение внутренней энергии

Внутренняя энергия Е – сумма всех видов энергии частиц, составляющих

Основной закон термохимии – закон Гесса.
Тепловой эффект реакции не зависит

Энтропия S – мера хаотичности, беспорядка
Второй закон термодинамики:
В изолированных

Энергия Гиббса G

Изобарно-изотермический потенциал – максимальная полезная работа, совершаемая системой

Критерии самопроизвольности процесса
∆Н< 0 - энтальпийный фактор
∆S> 0 – энтропийный фактор
∆G<

Термодинамическое равновесное состояние – постоянство свойств системы во времени, потоки вещества

Факторы, определяющие ход процесса

Сопряженные реакции

Глюкоза+Фруктоза=Сахароза+Н2О +20,9кДж/моль,
Эндергонический процесс ∆G > 0 ведомая реакция
АTФ + Н2О

Кинетика – учение о скоростях и механизмах химических реакций.

Скорость реакции

число элементарных актов реакции, происходящих в единицу времени в единице

Обратимые реакции протекают одновременно в прямую и обратную стороны

Необратимые реакции -
протекают

С уменьшением концентраций исходных веществ скорость прямой реакции уменьшается, а

Скорость химической реакции зависит от

- природы реагирующих веществ;
- концентрации;
- температуры;
-

Влияние концентрации Закон Гульдберга и Вааге (1867)

mA+nB=dD
,
где: k – константа

для гетерогенной реакции

Горение угля С + О2 = СО2
ν

Влияние давления

Р СН 2, СI2 ν1

Влияние температуры. С увеличением Т скорость любой реакции возрастает Правило Вант – Гоффа
При

Влияние катализатора

Катализаторы - вещества, влияющие на скорость протекания термодинамически возможных

Механизм действия катализатора Энергия активации

: А + В = АВ
А

1. Если , то

2. Если , то

Механизм действия катализатора Энергия активации

Еакт ν1 ν2 К1 К2

Катализатор

Биокатализаторы

Особенности ферментов как биокатализаторов

Высокая эффективность действия;
Избирательность (селективность);
Высокая чувствительность к условиям среды

Кинетические параметры:
ν, k, Кравн.
Константа скорости реакции (k) зависит от:
природы

Уравнение Аррениуса.

где: k – константа скорости реакции;
R – универсальная газовая

Константа равновесия

В условиях равновесия для любого обратимого гомогенного процесса
mA

природа реагирующих веществ;
температура;

Кравн.

k

- катализатор;

концентрация;
- давление (для газов);

V

Принцип Ле - Шателье

Равновесие в системе всегда смещается в

Термодинамика химического равновесия

связь Кравн. со свободной энергией Гиббса:

самопроизвольный процесс