Что все биологические системы гетерогенны

3) что процессы в них, в конечном счете, необратимые;

Поэтому живые организмы не могут находиться в состоянии термодинамического равновесия; Т.е. к биологическим системам нельзя применять понятия термодинамического равновесия в полном объеме.

Живые системы находятся не в равновесном, а в стационарном состоянии. Состояние системы, в котором ее параметры не изменяются, но происходит обмен веществ и энергией с окружающей средой, называется стационарным или гомеостазом. При стационарном состоянии системы скорости прямой и обратной реакции не равны, но разность их – величина постоянная. Почему же не меняются параметры системы, если она не в равновесии? Потому что живой организм – система открытая и обменивается с окружающей средой энергией и веществом, этот обмен и должен компенсировать изменения в системе. Т.е., например, изменение концентрации одного вещества ведет за собой изменение концентрации другого вещества (по закону действующих масс), и это вещество должно выделяться в окружающую среду, чтобы не нарушить равновесие.

Основное свойство стационарного состояния формулируется так (теорема Пригожина): Энтропия системы в стационарном состоянии возрастает, но принимает минимальные из возможных значений. Т.е.

Это означает, что организм работает в наиболее выгодном энергетическом режиме. Это свойство имеет большое значение для поддержания устойчивого стационарного состояния – гомеостаза. Стационарное состояние поддерживается с помощью механизмов авторегулирования. Эти механизмы могут поддерживать гомеостаз только в некоторых пределах внешнего воздействия. Если организм способен сохранить гомеостаз при определенных изменениях внешней среды – то он выживет, если нет – погибнет.

 

Итак: Основное понятие химической кинетики – скорость химической реакции. Она зависит от природы вещества (энергии активации), концентрации и температуры. Энергетический барьер энергии активации можно преодолеть с помощью катализа. Все реакции в живых организмах проходят при участии ферментов - биохимических катализаторов и, поэтому, имеют ряд особенностей. В состоянии химического равновесия (при не изменяющихся параметрах) система подчиняется закону действующих масс, смещение равновесия при изменении параметров определяется принципом ЛеШателье. Живые организмы существуют в состоянии гомеостаза.

Упражнения.

№1 Выпишите в тетрадь основные понятия химической кинетики и выучите их.

№2 Почему скорость реакции очень сильно зависит от температуры? Как именно?

№3 Когда скорость химических реакций зависит от давления?

№4 Почему скорость большинства химических реакций уменьшается с течением времени?

№5 Что такое скорость химической реакции? Перечислите факторы, от которых зависит скорость химической реакции.

№6 В растворе протекает реакция А + В = 2С. Исходная концентрация вещества А (С_А) равно 0,80 моль/л, начальная концентрация вещества В равно 1,00 моль/л. Через 20 мин концентрация вещества А (С_А^*) стала 0,75 моль/л. Какова стала концентрация вещества В и С? Чему равна средняя скорость реакции за это время?

№7 Измениться ли скорость реакции между водородом и кислородом, если в их смесь (сохранив температуру и общее давление) ввести азот? Ответ поясните.

№8 Химическая реакция протекает по уравнению 2Н₂ +О₂ = 2Н₂О. Запишите кинетическое уравнение для этой реакции. Как изменится скорость реакции если А) концентрацию кислорода увеличить в 3 раза? Б) концентрацию водорода увеличить в 3 раза?

№9 Запишите кинетическое уравнение для прямой и обратной реакции. Какого порядка эти реакции? А) 2С_(тв) + О_2(г) ↔ 2СО _(г) Б) 2NH_3(г) ↔ N_2(г) + 3H_2(г)

№10 При 30⁰С скорость реакции 0,01моль/л мин. Чему она будет равна А) при 0⁰С? Б) при 60⁰С? Температурный коэффициент реакции равен 3.

№11 Почему для хранения лекарств и биопрепаратов используют холодильники?

№12 Почему все биохимические анализы проводят при 37-39⁰С?

№13 Почему для длительного хранения продуктов используют маринады, в состав которых входит кислота?

№14 Напишите математическое выражение для константы равновесия процессов:

А) 2NH_3(г) ↔N_2(г) + 3H_2(г) ΔН = + 92,4 кДж

Б) H_2(г)+ S_(тв) ↔ H₂S_(г) ΔН = - 21 кДж

Какое из равновесий не будет смещаться при изменении давления? Куда сдвинется равновесие при увеличении концентрации водорода?

Как надо изменить температуру, стобы равновесие сдвинуть к продуктам реакции?

№15 Пользуясь схемой ответа определите в какую сторону будет смещаться равновесие в системе:

А) 2SO_2(г) + O_2(г)↔ 2SO_3(г)ΔН = -196,6 кДж

Б) I_2(г) + H_2(г)↔ 2HI_(г) ΔН = +50,8 кДж

В) O_2(г) + 2C_(тв)↔2CO_(г) ΔН = -221 кДж

Г) CO_2(г) +C_(тв)↔ 2CO_(г) ΔН = +172 кДж

В этом процессе 1) в прямой реакции концентрация вещества (формула!) (увеличивается, уменьшается), потому что это вещество (вступает в реакцию и расходуется; образуется в ходе реакции); в обратной реакции наоборот… 2) в прямой реакции тепло (выделяется, поглощаетс) т.к. реакция (экзотермическая, эндотермическая), потому что (ΔН < 0, ΔН > 0). А в обратной реакции наоборот… 3) в прямой реакции число газовых молекул (не изменяется, увеличивается, уменьшается), поэтому давление (не изменяется, увеличивается, уменьшается). В обратной реакции… 4) По принципу ЛеШателье если повысить температуру (↑t), то система стремиться понизить температуру и для этого увеличивает скорость (прямой, обратной) реакции, и равновесие сдвигается в сторону (исходных веществ, продуктов реакции). Если увеличить концентрацию О₂(Н₂, СО, СО₂)_, то система стремиться понизить эту концентрацию и для этого увеличивает скорость (прямой, обратной) реакции, и равновесие сдвигается в сторону (исходных веществ, продуктов реакции). Если уменьшить давление, то то система стремиться увеличить давление и для этого увеличивает скорость (прямой, обратной) реакции, и равновесие сдвигается в сторону (исходных веществ, продуктов реакции).