А. Ж. Сарсенбекова



бет1/9
Дата08.07.2016
өлшемі3.24 Mb.
#185273
  1   2   3   4   5   6   7   8   9
ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ ДЕНСАУЛЫҚ САҚТАУ МИНИСТРЛІГІ

ҚАРАҒАНДЫ МЕМЛЕКЕТТІК МЕДИЦИНА УНИВЕРСИТЕТІ


А.Ж. САРСЕНБЕКОВА

ХИМИЯ: ДӘРІС КУРСЫ
ОҚУ − ӘДІСТЕМЕЛІК ҚҰРАЛ


ҚАРАҒАНДЫ 2010

ӘОЖ 54

ҚБЖ 24 я 7

С 22


ПІКІР БЕРУШІЛЕР:

Т.С. Татеева – Қарағанды мемлекеттік университетінің экология және химиялық технология кафедрасының доценті, х.ғ.к.

Т.С. Омаров – ҚММУ биологиялық химия кафедрасының доценті, х.ғ.к.

И.В. Лосева – ҚММУ химия курсымен фармацевтикалық пәндер кафедрасының меңгерушісі, б.ғ.к.


С 22. Сарсенбекова Химия: Дәріс курсы. - Оқу − әдістемелік құрал. − Қарағанды: ҚММУ, 2010. – 116 б.

ҚБЖ 24 я 7

Ұсынылып отырған оқу құралы арнайы «Жалпы медицина», «Қоғамдық денсаулық сақтау», «Стоматология» мамандарын даярлайтын жоғары оқу орындарының химия пәнінің бағдарламасы негізінде жазылған.

Бұл оқу-әдістемелік құрал медицина университеттерінің медицина факультеттерінің студенттеріне арналған.

Оқу − әдістемелік құралы ҚММУ әдістемелік кеңесінде талқыланды және мақұлданды. Хаттама № «_9_» 05 2010 ж.

Оқу − әдістемелік құралы ҚММУ әдістемелік кеңестің басылымына ұсынылып, бекітілді. Хаттама №. 10 « 27 » 05 2010 ж.




© А.Ж. Сарсенбекова, 2010



Мазмұны


Қысқартылған сөздер тізімі

5

Алғы сөз

6

Химиялық лабораторияларда жұмыс істеу ережелері

7

I БӨЛІМ

9

1.1

Термодинамиканың жанды жүйелердегі негізгі заңдылықтары

9

1.1.1

Термодинамиканың негізгі бастамалары және заңдары

13

1.1.2

Термодинамиканың бірінші заңы

14

1.1.3

Термодинамиканың екінші заңы

15

1.1.4

Гиббс энергиясы. Гельмгольц энергиясы

17

1.1.5

Термодинамиканың үшінші заңы

18

1.2

Химиялық кинетика

18

1.2.1

Химиялық реакция жылдамдығына әрекеттесуін

заттардың табиғатының әсер етуі



19

1.2.2

Химиялық реакциялардың кинетикалық жіктелуі

21

1.2.3

Ферменттер және олардың құрылысы туралы жалпы түсінік

22

1.3

Ерітінділер туралы ілім

24

1.4

Буферлік жүйелер мен ерітінділер туралы түсініктер, олардың құрамы және жіктелуі

28

1.4.1

Буферлiк жүйелердiң рН–ына әсер ететiн факторлар

29

1.4.2

Организмнің буферлiк жүйелерi. Бикарбонаттық және фосфаттық буферлiк ерiтiндiлердiң әсер ету механизмi

32

1.4.3

Буферлiк сиымдылық – буферлiк әсердiң өлшемi

34

1.5

Комплексті қосылыстар

34

1.6

Тотығу-тотықсыздану реакциялары

37

1.6.1

Тотығу-тотықсыздану реакцияларын құрастыру және теңестіру

38

1.7

Жоғарғы молекулалық қосылыстар

40

1.7.1

ЖМҚ туралы жалпы түсініктер, олардың жіктелуі және жалпы қасиеттері

40

1.7.2

Белоктардың ерітінділері - полиэлектролиттер және полиамфолиттер

41

1.7.3

ЖМҚ-ң ісіңуі және оған әсер ететін факторлар

42

1.7.4

ЖМҚ-ң тұтқырлығы

44

1.7.5

Тұтқырлықтың биологиялық маңызы

45

1.7.6

ЖМҚ-ң ерітінділерінің коллоидты осмостық (онкотикалық) қысымы

46

1.7.7

ЖМҚ ерітінділерінің тұрақтылығының жойылуы. Тұздану механизмі

47

1.7.8

ЖМҚ-ң ерітінділерінің айрықша қасиеттері

48

II БӨЛІМ

49

2.1

Cпирттер

49

2.1.1

Қаныққан бip атомды спирттер

49

2.1.2

Қанықпаған бір атомды спирттер

50

2.1.3

Екі атомды спирттер (гликольдер)

51

2.1.4

Үш атомды спирттер. Глицерин

51

2.2

Фенолдар және ароматты спирттер

52

2.2.1

Екі атомды фенолдар

52

2.2.2

Үш атомды фенолдар

53

2.2.3

Ароматты спирттер

53

2.3

Оксоқосылыстар

54

2.3.1

Оксотоптың құрылысы

55

2.3.2

Оксоқосылыстардың нуклеофильдік қосып алу реакциялары

58

2.4

Гетерофункционалдық қосылыстар

61

2.4.1

Аминді спирттер

61

2.4.2

Гидроксиқышқылдар

63

2.4.3

Оксоқышқылдар

64

2.4.4

Бензолдың гетерофункциноналдық туындылары

64

2.5

Аминқышқылдар. Ақуыздар.

65

2.5.1

Ақуыздардың химиялық құрылысы

67

2.5.2

Ақуыздардың кеңістіктегі орналасуы

71

2.5.3

Ақуыздардың амфотерлігі

71

2.6

Көмірсулар

73

2.6.1

Олигосахаридтер (дисахаридтер)

78

2.6.2

Полисахаридтер

79

2.6.3

Көмірсулардың биологиялық ролі

81

2.7

Бір және екі гетероатомды бес мүшелі гетероциклдар

81

2.7.1

Екі гетероатомды бес мүшелі гетероциклдар

84

2.7.2

Бір және екі гетероатомды алты мүшелі гетероциклдар

85

2.7.3

Конденсацияланған гетероциклдар

88

2.8

Нуклеин қышқылдары

90

2.8.1

Рибонуклеозидтер

90

2.8.2

Дезоксирибонуклеозидтер

91

2.8.3

Дезоксирибонуклеозидфосфаттар

(дезоксирибонуклеозидтер)



95

2.8.4

АТФ, цАМФ, құрылысы

97

2.8.5

Полинуклеотидтер және полирибонуклеотидтер

97

2.9

Липидтер

98

2.9.1

Майлардың қорытылуы және сіңірілуі

99

2.9.2

Липидтер. Фосфоацилглицериндер

99

2.9.3

Қаныққан (шектелген) майлы қышқылдар сабындар

100

2.9.4

Қанықпаған (шектелмеген) майлы қышқылдар

101

2.9.5

Глицеролипидтер. Ацилглицериндер (жай және аралас)

101

2.9.6

Фосфоглицеролипидтер (фосфатид қышқылы, фосфатидилсерин, фосфатилэтаноламин, фосфатидилхолин)

103

2.9.7

Сфинголипидтер және гликолипидтерге жалпы түсінік

105

2.9.8

Изопреноидтардың жалпы сипаттамасы (сабындалмайтын липидтер)

105

2.9.9

Холестерин (құрылысы)

106

2.9.10

Гликокортикоидтар және минералдық ортикоидтар

107

Тесттер

108

Қолданылған әдебиеттер

115


Қысқартылған сөздер тізімі
АҚ – амин қышқылдары
АТФ – аденозин три фосфат
АДФ – аденозин ди фосфат
АМФ – аденозин моно фосфат
ДНК – дезоксинуклеин қышқылы
ЖМҚ – жоғары молекулалық қосылыс
КоА – ацетилкофермент А
НАДН – никотинамидадениндинуклеотид
ПЖҚ пирожүзім қышқылы
РНК – рибонуклеин қышқылы

АЛҒЫ СӨЗ

Химия бізді қоршаған сыртқы ортаның байлығымен қоса, онда болып жатқан барлық құбылыстарды зерттейтін жаратылыстану ғылымына жатады.

Әлем материалды: ондағы барлық материяның түрі үнемі қозғалыста, өзгерісте және дамуда болады. Химиялық және физикалық қасиеті бар әрбір материяның түрі зат болып табылады. Зат бөлінбейтін бөлшек емес. Заттың өте кішкентай бөлшектерден тұратындығы туралы түсінік көне Грецияда пайда болған. Қазіргі заттың құрылысы туралы теория М.В. Ломоносовтың идеясына орай негізделген.

Химия тірі жүйелердегі процестерді түсінуге және құралдық зерттеуге қажетті ғылымның негізі болып табылады. Сондықтан медицина мамандығында оқитын студенттер осы ғылымның негізгі идеяларымен заңдарын және әдістерін меңгерулері қажет. Ұсынылған оқу-әдістемелік құралы тірі ағзада болып жатқан құбылыстарды, олардың физикалы-химиялық негізін және процестің механизмін молекулалық және жасушалық деңгейде, қажетті жағдайларда оған есептеулер жүргізу үшін көмектеседі. «Химия» пәні бойынша оқу-әдістемелік құралы студенттердің бойында адам ағзасын зерттеуде жаратылыстану ғылымына келуге және тірі ағзада болып жатқан биохимиялық процестердің химиялық және физикалық аспектілерін байытуға мүмкіндік береді.




ХИМИЯЛЫҚ ЛАБОРАТОРИЯЛАРДА ЖҰМЫС ІСТЕУ

ЕРЕЖЕЛЕРІ
Химиялық лабораторияда жұмыс істеу жалпы ережелерімен химиялық заттармен жанасу жұмыстарындағы техникалық қауіпсіздік ережелерін оқып, толық игермей, оқушылар жұмысқа кіруге рұқсат алмайды. Бұл ережелерді қаншалық терең сіңіргендерін оқытушы әр оқушымен жеке әңгімелесу арқылы тексереді. Білімі оң бағаланған жағдайда арнайы журналда жазу толтырылып, оқушының және оқытушының қойылған қолдарымен бекітіледі.
Реактивтерді пайдалану ережелері
Ерітінділер мен құрғақ реактивтерді шыны, резеңке немесе қабық тығын тығындалған шыны ыдыстарда (шөлмектерде, банкаларда) сақтау керек. Реактив салынған банкалардың сыртында реактивтің аты және оның сапасы: «текникалық», «таза», «анализ үшін», «химиялық таза» және концентрациясы жазылған этикеткалар болу керек. Реактивтерді пайдаланғанда мына ережелерді орындау керек:

  1. Егер жұмысқа қажетті реактивтердің мөлшері көрсетілмеген болса, оның аз мөлшерін алу қажет.

  2. Алынған реактивтердің артық мөлшерін сол ыдысқа қайтадан салуға болмайды.

  3. Реактивтерді пайдаланғаннан кейін банканың аузын жауып, орнына қою керек.

  4. Құрғақ реактивтерді мүйіз, фарфор немесе металдан жасалған қасықшалармен немесе қалақшалармен алған жөн. Пайдаланғаннан кейін оларды әбден тазалап сүзгіш қағазбен сүртіп отыру керек.

  5. Егер ректив пипеткамен алынған болса, ол пипетканы жуып тазартпай, екінші шөлмектен реактив алуға болмайды.



Лабораторияда жұмыс істегенде қолданылатын сақтық шаралары


  1. Улы және жағымсыз иісті заттармен жасалатын тәжірибелер тартпа шкафта жүргізіледі.

  2. Бөлініп жатқан газдарды ыдысқа жақын еңкейіп иіскеуге болмайды. Газдың немесе сұйықтың иісін білу үшін ыдыстың аузынан ауаны өзіне қарай желпу керек.

  3. Концентрациялы қышқылдарды, әсіресе, күкірт қышқылын сұйылтқанда қышқылды суға құю керек, керісінше, істеуге болмайды.

  4. Беттеріне немесе киімдеріне шашырамау үшін реактивтерді құйғанда ыдысқа аса төмен еңкеймендер.

  5. Сұйықты қыздырып жатқан ыдыстың үстіне еңкеймеу керек, себебі сұйықтың бетке шашырап кетуі мүмкін.

  6. Пробирканы қыздырғанда оның аузын өзіне немесе қатар тұрған жолдастарына қаратып ұстама.

  7. Егер беттеріне немесе қолдарына сұйықтың (қышқылдың) шашырандысы тисе, судың қатты ағындысымен жуып, содан кейін күйген жерді соданың сұйытылған ерітіндісімен жуу. Сілті тиген жерді сумен жуады да, сосын калий перманганатының 3%-ті ерітіндісіне батырылған мақтамен сүртеді.

  8. Оңай от алғыш, ұшқыш заттармен жасалған барлық тәжірибелерді оттан аулақ және мүмкіндігінше тартпа шкафта жүргізген жөн.

  9. Жана бастаған бензин, спирт, эфирді сөндіргенде жалынға құм себу керек.

  10. Жанарғының жалынынан немесе қызған нәрселерден дене күйсе, күйген жерді марганец қышқылының концентрациялы ерітіндісімен жуу керек. Ол жерді күйікке қарсы қолданылатын дәріге батырылған мақтамен таңып тастау керек.

  11. Уланғанда және қатты күйгенде іле-шала дәргерге көріну қажет.

  12. Лабораториядан кетерде газ жанарғылары шүмектерінің жабықтығын тексеріп, электр жүйсін мұқият сөндіріп кету керек.


I БӨЛІМ
1.1 ТЕРМОДИНАМИКАНЫҢ ЖАНДЫ ЖҮЙЕЛЕРДЕГІ НЕГІЗГІ ЗАҢДЫЛЫҚТАРЫ
Жанды жүйелердің энергия көздері

Жер бетіндегі барлық биологиялық процестер үшін энергия көзі болып Күн сәулесі есептеледі. Күннің энергиясы гамма электрондармен гамма сәулелер түрінде әрекеттесіп, фотондарға айналады. Өсімдіктер Күн энергиясының сәулелерін қабылдап, фотосинтез реакциясының нәтижесінде бұл энергияны әртүрлі молекулалардың химиялық байланыстарының энергиясына айналдырады.

Өсімдіктер мен жануарлардың жасушаларындағы потенциалдық энергия молекуладағы атомдардың арасында пайда болатын химиялық байланыстардың энергиясы түрінде сипатталады. Мысалы, 1 моль глюкоза молекуласындағы С, Н және О атомдарының арасындағы потенциалдық энергия 285000 Дж. Химиялық байланыстардың потенциалдық энергиясы валенттік электрондардың энергетикалық деңгейі жоғары орбитальдарда орналасуымен түсіндіріледі, олар онда органикалық молекулалар түзілгенде түседі. Энергиясы жоғары электрондар, биоорганикалық молекулалардың метаболиттік өзгеруі барысында, төмен энергетикалық деңгейге ауыса алатын қабылет көрсетеді, соның нәтижесінде потенциалдық энергия кинетикалық энергияға айналады. Химиялық жүйелерде энергетикалық деңгейлер мен қозғалатын электрон ағындарының кинетикалық энергиясы қабысқан процестердің қажетіне асырылады.

Энергияның әртүрлі формаларының өзара айналуы ағзаның сан алуан тіршілік қызметтерін орындауға қабылетін сипаттайды.


Биологиялық тотығу

Кинетикалық энергияның бір түріне жататын Күн сәулесінің энергиясы потенциалдық энергияның бір түрі болып табылатын химиялық байланыстардың энергиясына айналады. Биоорганикалық молекулалардың химиялық байланыстарында шоғырланған энергия тіршіліктің негізін қалайтын алмасу реакцияларының немесе метаболиттік процестердің барысында бөлініп шығады. Өсімдіктермен қоректенетін ағзаларда ұсақ молекулалардың, мысалы, көмірсулардың энергиясы биологиялық тотығудың барысында бөлінеді және оның мөлшері осы заттардың жасыл өсімдіктерде жүретін фотохимиялық реакциялардың нәтижесінде түзілуіне кеткен энергиясына тең болады.

Биологиялық тотығуда түзілген энергияның бір бөлігі әрі қарай пайдалануға болатын АТФ т.б. трифосфаттардың фосфаттық байланыстарының макроэргтік энергиясына айналады, ал екінші бөлігі әрі қарай пайдаға аспайтын жылуға айналады.

Макроэргтік фосфаттық байланыстар түзіле жүретін процестер жасушалардың митохондрияларында орындалады. Ағза АТФ-тың макроэргтік байланыстарының химиялық энергиясын әртүрлі биологиялық қызметтерді орындау үшін, яғни жаңа молекулалардың синтезі, химиялық жұмыс, молекулаларды осмос және иондық градиентке қарсы тасымалдау, мембраналық потенциалдарды сақтау, электр импульстерін өндіру т.б. қызметтер үшін пайдаланады.

Физикалық қозғалыстарда тотығу процестерінің белсенділігі жоғарылайды, бұл жағдай АТФ-тың әжептәуір мөлшерде жиналуына байланысты болады.

Биологиялық тотығу жүйе мен қоршаған ортаның арасындағы қарым қатынасты суреттейтін маңызды кезеңдердің бірі болып есептеледі.


Энергияның жасушада түзілу әдістері туралы жалпы түсініктер
Жанды ағзалардың жасушалары энергияны қоректік заттардан сатылап өндіреді.

Бірінші сатыда белоктар, майлар және көмірсулар жасушадан тыс жүретін реакциялардың нәтижесінде ұсақ молекулаларға (мономерлер немесе құраушылар) ыдырайды. Бұл ұсақ молекулалардан, негізінен, ацетил коэнзим А түзіледі, сол сияқты аздаған мөлшерде АТФ, НАДН пайда болады. АТФ тың бұл сатыда түзілуі оттегісіз жүреді.

Екінші сатыда ацетил коэнзим А-ның молекулалары митохондрияларда СО түзе ыдырайды. Метаболиттен бөлінген сутегі Н атомдарын фермент тасымалдаушылар қосып алады. Әрі қарай электрондар күрделі тізбектің бойымен жоғары орбитальдардан төменгілерге ауысып, ең соңында О2 тотықсызданып, су Н2О түзіледі:
О2 + 4Н+ + 4е → 2Н2О
Электрондардың энергиясының арқасында сутегінің гидрид иондары (Н) митохондрияның ішкі жағынан сыртына тасымалданады. Соның нәтижесінде ішкі митохондриялы мембранада пайда болатын протондардың трансмембраналық электрліхимиялық градиенті, жасушаның негізгі энергия тасымалдаушысы болып табылатын, АТФ молекулаларының синтезі үшін қажетті энергияны туындатады.
АТФ ­ химиялық энергияның жасушадағы негізгі тасымалдаушысы

Қажетті химиялық қосылыстардың жасушада түзілуі үшін керекті энергия АТФ молекулаларынан макроэргтік байланыстардың гидролизі нәтижесінде пайда болады. Бұл реакция тікелей немесе жанама түрде энергетикалық тиімсіз синтездеу реакциялары үшін қолданылады. АТФ­тың гидролизі 2 бағытта жүруі мүмкін.

Энергияның бөлінуі фосфаттың жоғары тұрақтылығына және көршілес екі фосфат топтарының арасындағы энергетикалық тиімсіз электрлістатикалық тебілістің жойылуына байланысты болады.
АТФ → АДФ + Р (фосфат)
Пирофосфат бөлінгенде 2 есе артық энергия бөлінеді, бұл жағдайда АТФ АМФ­ке дейін гидролизденеді:
АТФ → АМФ + Р ~ Р (пирофосфат)

Р ~ Р → Р + Р

АТФ­тың ыдырау жолы еркін энергияның өзгеру шамасы бойынша анықталады.

Энергияның жылу түрінде бөлінуі, бір жағынан, жүйедегі ретсіздікті жоғарылатады, ал ол молекулалардың ыдырауына және олардың қозғалысының жоюшы әсерінің күшеюіне байланысты болады. Екінші жағынан, экзотермиялық реакцияларда жылудың бөлінуі теңсіз процестердің міндетті шарты болып есептеледі, сол себепті оның әрі қарай тіршілік жасауының жағдайы болып табылады.


Катаболиттік және анаболиттік реакциялардың өзара байланысы

Жасушаларда мыңдаған әртүрлі реакциялар жүреді. Олар өзара байланысқан және тіркескен өзгерістер тізбегін құрайды, олардың барысында бір реакциялардың өнімі екінші реакциялардың субстраты болып табылады. Мұндай тіркестер метаболиттік тізбектер деп аталады.

Метаболиттердің тасымалдануы жасушаның ішіне немесе сыртына қарай бағытталуы мүмкін:


  1. Жасушаның ішіне қарай бағытталған тасымалдау катаболиттік реакциялармен сипатталады, олар бойынша сіңірілген қоректік заттар ұсақталады (қанттарға және қантты фосфаттарға айналады).

  2. Сыртқа бағытталған тасымалдау деген гликолиздің аралық өнімдерінен, лимон қышқылының тұйық тізбегінен және т.б. басталатын, сөйтіп күрделі жасуша құрылымдарының пайда болуына әкелетін биосинтез реакциялары немесе анаболиттік реакциялар.

  3. Катаболиттік және анаболиттік реакциялардың арасындағы өзара байланыс биотермодинамикалық сипаттағы мәселелерді шешу деңгейінде іске асады. Оның қағидасы бойынша, үзілген химиялық байланыстардың энергиясы АТФ молекулаларында жинақталып, содан соң ағза үшін қажетті жаңа, арнайы қосылыстарды түзу үшін пайдаланылады.


Термодинамикалық заңдылықтарды жанды ағзаларда қолдану

Жанды ағза, термодинамикалық тұрғыдан сипаттағанда, қоршаған ортамен зат та, энергия да алмасатын ашық жүйеге жатады. Оларда жүретін зат және энергия алмасу ­ дербес өнуге және өзін сақтауға бағытталған ағзадағы зат пен энергия алмасудың заңды тәртібі болып табылады.

Жалпы алғанда, жанды ағзалар күрделі биологиялық жүйелер болып есептеледі. Олар қоршаған орта, ассимиляция ­ диссимиляция шарттары және барлық факторлармен бірге қарастырылуы керек.

Адамдар мен жануарларда жүретін ассимиляция процесі сырттан қабылданатын қоректік заттарды ағза үшін қажетті белоктар, майлар, нуклеин қышқылдары және т.б. заттарға айналуын сипаттайтын химиялық өзгерістерді қамтиды. Ассимиляция процесі ағзаның өсуін, дамуын, жаңаруын және энергия қорын жасайтын заттарды жинақтауын қамтамасыз етеді.

Диссимиляция ассимиляцияға қарама­қарсы процесс, яғни белоктар, көмірсулар, нуклеин қышқылдарының ыдырап, қарапайым заттарға айналуын қамтамасыз етеді. Барлық ағзалардағы диссимиляция процесінің негізгі өнімдеріне су, аммиак және көмір қышқыл газы жатады. Жануарларда олардың басым көпшілігі сыртқа шығарылып, аздаған бөлігі ғана биологиялық процестерде қолданылады.

Жанды ағзалар табиғаттың барлық заңдылықтарына бағынады. Оларды сипаттау үшін термодинамиканың 1 және 2 заңдары толықтай пайдаланылады.

Кез келген жанды ағза тіршілік барысында жұмыс жасайды және өседі. Олай болса, оның энергиясы жоғарылауы керек, ал бұл жағдай термодинамиканың 2 заңына қайшы келеді. Негізінде, еркін энергия тұйық жүйелерде ғана көбеймейді. Классикалық термодинамикалық заңдылықтар тұйықталған жүйелерге арналған, ал жанды ағза ашық жүйеге жатады. Сондықтан да жанды жүйелерді сыртқы ортамен біріктіре отырып, шартты түрде, тұйықталған жүйелерге жатқызуға болады.Ағза оның "жанды" бөлігі болып табылады, ондағы еркін энергия төмендеп, энтропия жоғарылауы мүмкін. Егер тұтас жүйенің «жансыз» бөлігіндегі энтропия жоғарылайтын болса, жанды ағзаның энтропиясы кез келген бағытта өзгере алады, яғни энергияның қоршаған ортадан үздіксіз сіңірілуіне байланысты энтропия төмендей алады. Жалпы алғанда, «ағза­ орта» жүйесінің энтропиясы міндетті түрде артады.

Термодинамикалық заңдылықтарды жанды жүйелерге қолданғанда, олардың ерекшеліктері ескерілуі керек:



  1. Жанды ағзалар ашық жүйелерге жатады.

  2. Олардағы процестер қайтымсыз.

  3. Олар гетерогенді құрылымды болып келеді, кейбір фазалары аздаған молекулалардан тұруы мүмкін.

  4. Жанды жүйелер тепе­теңдікте болмайды.

Жанды ағзалар, негізінде, уақыт бойынша өзгеріске ұшырайтын стационар күйде болады. Мұның себебі жүйенің сыртқы ортадан еркін энергияны үздіксіз қабылдап, энергетикалық шығынын толықтыруында. Стационар күйдегі жүйелерде жүретін реакциялардың тура және кері бағыттағы жылдамдықтары әртүрлі және олардың айырмасы уақыт бірлігінде тұрақты болады. Еркін энергия белгілі бір тұрақты жылдамдықпен үнемі өзгеріп отырады.

Уақыт бірлігінде параметрлері өзгермейтін, бірақ қоршаған ортамен зат және энергия алмаса алатын жүйенің күйі стационарлық деп аталады.

Биологиялық жүйелердің қасиеттерін сипаттау үшін қайтымсыз процестердің термодинамикасын пайдаланған қолайлы. Бұл теорияның негізін Нобель сыйлығының иегерлері Л.Онзагер және И.Пригожин салды.

Қайтымсыз процестердің термодинамикасы процестерді уақытқа тәуелді түрде қарастырады (классикалық термодинамикадан айырмашылығы).

Жүйе стационарлық күйде болады (классикалық бойынша тепе­теңдікте болуы керек).

Л. Онзагер бір мезгілде жүретін, өзара байланыста болатын процестердің термодинамикасы бойынша тұжырым жасады. Ол бойынша, ағынға немесе күшке тәуелді болатын диссипативтік функция қайтымсыз процестің стационар күйінде заңды түрде өзгереді және ең кіші мәнге ие болады, сонымен бірге осы күй энергияның ең аз шығынына сәйкес келеді.

Көптеген биологиялық жүйелерде химиялық энергия осмос, электр және механикалық энергияға айналады. Мұндай процестерде химиялық энергияның белгілі бір бөлігі жылуға айналады (диссипацияланады).

И.Пригожин ашық жүйелерді зерттеудің нәтижесінде стационарлық күйдің негізгі қасиетін былай сипаттады : сыртқы параметрлер тұрақты болғанда, стационарлық күйдегі жүйенің энтропия өнімінің жылдамдығы өте аз ( минимум ) және уақыт бірлігінде тұрақты болады.




      1. Термодинамиканың негізгі бастамалары және заңдары

Кез-келген химиялық өзгеріс барысында жылу белініп не сіңіріледі, немесе химиялық реакция нәтижесінде өзге бip жұмыстар атқарылады. Мысалы, өзіміз білетін бензиннің жануы барысында жылу белініп, двигатель жұмыс істейді, машина қозғалысқа ие болады.

Міне, осы жылу және жұмыс шамалары бойынша химиялық реакцияның жүруін санды түрде сипаттауға мүмкіндік туындайды екен және осы мәселемен айналысатын ілімді химиялық термодинамика деп атайды.

Жүйе (система) - өзімізді қоршаған ортаның кеңістіктегі бөлігі, дене тобы, зат немесе заттар жиыны.

Термодинамикалық жүйе - сыртқы қоршаған ортадан ойша белініп

қарастырылатын, өзара жылу және механикалық әсерлесуде болатын дене не заттар жиыны, тобы.

Термодинамикалық жүйені жабық, ашық және оқшауланған деп үшке бөледі.

Жүйе - өзін қоршаған ортамен зат алмаспай тек энергиясымен ғана алмасса - жабық, ал зат алмасуы да орын алса - ашық жүйе деп аталады.

Оқшауланған (изолированный) жүйеде - қоршаған ортамен зат және энергия алмасуы орын алмайды.

Жүйені құрайтын дене бөліктері белгілі бip кеңістік бөлігінде бетпен шектеліп, және де сол бөліктің өн бойында химиялық құрамы, құрылымы, термодинамикалық қасиеттері бірдей болса, онда осы бөлікті – фаза – деп атайды.



Жүйе құрайтын фазалар бірдей агрегаттық күйде болса - біртекті (гомогенді), ал әртүрлі күйде болса - әртекті (гетерогенді) деп бөлінеді.

Жалпы термодинамикалық жүйе тыңғылықты сипаттау үшін, оның физикалық - химиялық қасиеттерінен, яғни көлемі, қысымы, температурасы, химиялық құрамы және т.б. хабардар болуымыз керек. Осы орайда өзімізге таныс күй теңдеулерінің тәуелділігінен өзара байланыста болатын шамалар туралы дәйекті ұғым алуымызға мүмкіндік туындайды.

Аталған күй теңдеулерінде кездесетін айналмалылар күй шамалары (параметрі) деп аталынады.

Кез-келген күй шамаларыныц өзгepici термодинамикалық құбылыс (процесс) деп аталынады да күй шамасының тұрақтылығына қарай төмеңдегіше жіктелінеді:

р = const – изобарлы,

V = const – изохорлы,

Т = const – изотермиялы,

Сыртқы қоршаған ортамен жылу және зат алмаспай жүретін құбылыс – адиабатты деп аталып pVγ = const теңдеуімен өрнектеледі. Мұндағы γ – адиабата көрсеткіші және бұл құбылыс оқшауланған жүйелерде орын алады.




      1. Термодинамиканың бірінші заңы

Термодинамиканың бірінші тануының негізгі түрі былай айтылады:



  1. Түрлі энергиялар бір-біріне тең эквиваленттілік қатынаста айналады.

  2. Оңашаланған күйде энергияның әр түрінің қысымы өзгермейді.

  3. Бір түрден екінші түрге айналғанда энергия жоғалмайды да, жаңадан пайда болмайды.

  4. Жұмысты жоқтан шығаратын машина жасау мүмкін емес.

Термодинамикалық жүйемен энергия алмасуы - жылу мен жұмыс түрінде орын алатындықтан аталған шамалар ішкі энергия өзгерісімен тәуелді байланыста болады.

Жүйеге, жылу түрінде берілген энергия, жүйе ішкі энергиясын өзгертіп, белгілі бip жұмыс атқаруға жұмсалады.

Күнделікті өмірде, тұрмыста орын алатын жылу, жұмыс және ішкі энергия шамаларының өзара байланыстығы термодинамика ілімінің бірінші бастамасы деген атпен төмендегінше тұжырымдалады.

Оқшауланған жүйенің энергиясы тұрақты шама: U ~ const.

Жүйеге қоршаған ортадан жылу түрінде берілген энергия - оның ішкі энергиясын өзгертіп, белгілі бip жұмыс атқарады және бұл математикалық тілде төмендегідей өрнектеледі:
Q = ∆U + A,
мұндағы: - жылу мөлшері;

- ішкі энергия өзгерісі;

- жұмыс шамасы;
T,p=const

A=p∆V

осыдан шығатыны


Міне осыдан, – қосындысы Н – энтальпия деп атайды. Демек, энтальпия термодинамикалық жүйені толықтау сипаттайтын энергетикалық шама. – болғандықтан, энтальпия шамасы да күй функциясы болып табылады, оған ішкі энергия қасиеттерінің бәрі де тән.




      1. Термодинамиканың екінші заңы


Өз бетінше жүретін процестердің бағыты. Энтропия

Термодинамиканың 1 заңы бойынша, кез келген процестің барысында, оның ішінде, жанды ағзаларда жүретін процестерде де энергия өшпейді және жоқтан пайда болмайды. Энергияның әртүрлі формалары бір-біріне эквивалентті мөлшерде айналады. Бірақ термодинамиканың 1 заңы энергияның тасымалдануына негізделген процестің бағыты, энергияның ауысуы қаншалықты толық жүретіндігі және химиялық процестің орындалу шегі туралы ақпарат бермейді. Сондықтан бұл мәселелерді шешу үшін басқа термодинамикалық факторларды пайдалану керек.

Неге реакция кері бағытта жүрмейді. Бұл процесті түсіндіру үшін Ю.Томсен және М.Бертло ұсынған максимал жұмыс қағидасын пайдалануға болады. Ол бойынша, жылуды бөле жүретін реакциялар ғана өз бетінше жүруі мүмкін. Бірақ, орыс ғалымдары Д.И.Менделеев және А.Л.Потылицин бұл қағидаға бағынбайтын көптеген фактлерді келтіріп, өз бетінше жүретін эндотермиялық реакциялардың да болатындығын дәлелдеді.

Химиялық және физикалы-химиялық процестердің өз бетінше жүруі жүйенің өз ішкі энергиясын минимумға жеткізіп, энергияның артық мөлшерін барынша сыртқы ортаға бөлуге ұмтылуына байланысты болатындығы айқын. Табиғи процестердің өз бетінше орындалуының екінші себебіне жүйенің максимум ретсіздікке ұмтылуы жатады.

Осыдан, барлық өз бетінше жүретін процестер мынадай екі негізгі факторға байланысты орындалады:


  1. жүйенің минимум энергияға ұмтылуы;

  2. жүйенің максимум ретсіздікке, мүмкіншілігі жоғары күйге ұмтылуы.

Жүйенің мүмкіншілігі жоғары күйінің немесе ретсіздік шамасының сипаттамасына энтропия S, Дж/моль К жатады. Энтропия да температура, қысым, ішкі знергия және энтальпия сияқты жүйенің немесе заттың табиғатына және күйіне байланысты болады. Термодинамикалық жүйенің белгілі бір күйіне энтропияның белгілі бір мәні сәйкес келеді және жүйенің аталған күйінің мүмкіншілігі неғұрлым жоғары болса, энтропия да соғұрлым жоғары болады.

Көптеген микробөлшектерден құралған жүйенің макрокүйінің мүмкіншілігі микробөлшектердің (атомдар, молекулалар, т.б.) орналасу амалдарының және әдістерінің санына байланысты болады. Неғұрлым микробөлшектер көп болса, соғұрлым олардың макрожағдайды туындататын орналасу әдістері көп, соғұрлым энтропия жоғары және соғұрлым жүйенің ішкі энергиясының құны төмен. Осыдан, энтропия жүйенің ішкі энергиясының салыстырмалы құндылығын сипаттайтын фактор болып табылады. Егер реакция барысында энтропия жоғарылайтын болса, жүйенің жалпы энергия қоры өзгермесе де, оны пайдалану және жұмысты орындау мүмкіншілігі азаяды.

Энтропияға мынадай факторлар әсер етеді:


  1. Температура жоғарылағанда, энтропия жоғарылайды, себебі температура артқанда, ретсіздік артады.

  2. Заттар кристалданған күйден аморфты күйге немесе сұйыққа, сұйықтан газға айналғанда, энтропия күрт жоғарылайды, себебі ретсіздік артады.

  3. Қысымның жоғарылауы энтропияға температураның төмендеуі сияқты әсер етеді.

Химиялық реакцияның энтропия өзгерісі энтальпияның өзгерісі сияқты есептеледі:



Достарыңызбен бөлісу:
  1   2   3   4   5   6   7   8   9




©dereksiz.org 2024
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет