Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Disperzní soustavy, termika, termodynamika Teze přednášky.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Disperzní soustavy, termika, termodynamika Teze přednášky."— Transkript prezentace:

1 Disperzní soustavy, termika, termodynamika Teze přednášky

2 FYZIKÁLNÍ SYSTÉM interakce s okolím otevřený otevřený uzavřený uzavřený izolovaný izolovaný podle složení homogenní homogenní heterogenní (více fází) heterogenní (více fází) dvoufázové - disperze dvoufázové - disperze disperzum je rozloženo v dispergens monodisperzní systémy - všechny částice stejně velké polydisperzní systémy – různá velikost částic

3 FÁZE část systému, která má ve všech bodech stejné fyzikální a některé chemické vlastnosti. fázová rozhraní povrchová energie povrchová energie povrchové filmy povrchové filmy adsorpce adsorpce kapilární jevy kapilární jevy elektrické vlastnosti - micely elektrické vlastnosti - micely SKUPENSTVÍ JE FÁZÍM NADŘAZENO

4 SLOŽKA KONKRÉTNÍ CHEMICKÉ INDIVIDUUM

5 FYZIKÁLNÍ SYSTÉM interakce s okolím otevřený otevřený uzavřený uzavřený izolovaný izolovaný podle složení homogenní homogenní heterogenní (více fází) heterogenní (více fází) dvoufázové - disperze dvoufázové - disperze disperzum je rozloženo v dispergens monodisperzní systémy - všechny částice stejně velké polydisperzní systémy – různá velikost částic

6 DISPERZE HRUBÉ > 1000 nm > 1000 nm krev, mléko suspenzeemulzežádnážádná gravitační pole neprůhledné KOLOIDNÍ 1000 – 1 nm plazma plazmadisperzemakromolekulosmozamaládifuzepomalásedimentaceultracentrifugaprůhlednostopalescence ANALYTICKÉ < 1 nm < 1 nm roztoky pravé neelektrolytůiontovévelkárychláneexistuječiré

7 DISPERGENS DISPERZUM HRUBÁ KOLOIDNÍ DISPERZE DISPERZE PLYN PLYN KAPALINA MLHA AEROSOL KAPALINA MLHA AEROSOL PEVNÁ LÁTKA DÝM AEROSOL PEVNÁ LÁTKA DÝM AEROSOL KAPALINA PLYN PĚNA PĚNA KAPALINA EMULZE LYOSOL KAPALINA EMULZE LYOSOL PEVNÁ LÁTKA SUSPENZE LYOSOL PEVNÁ LÁTKA SUSPENZE LYOSOL PEVNÁ L. PLYN TUHÁ PĚNA TUHÁ PĚNA KAPALINA TUHÁ PĚNA TUHÁ PĚNA KAPALINA TUHÁ PĚNA TUHÁ PĚNA PEVNÁ LÁTKA TUHÁ SMĚS TUHÝ SOL PEVNÁ LÁTKA TUHÁ SMĚS TUHÝ SOL

8 TERMIKA Teplo je nejméně uspořádaná forma energie Teplo je suma všech forem kinetických energií 1 J = 0,2388 cal 1 cal = 4,1868 J 1 J = 0,2388 cal 1 cal = 4,1868 J Teplota – míra střední kinetické energie všech částic Teplota – stavová veličina, kterou vnímáme

9 MĚŘENÍ TEPLOTY objemová roztažnost tekutin vodíkový teploměr vodíkový teploměr kapalinové teploměry kapalinové teploměry délková roztažnost pevných látek l = l o. (1 + α t) l = l o. (1 + α t) bimetalové teploměry bimetalové teploměry keramické teploměry keramické teploměry závislost elektrického odporu na teplotě vodičů R = R o. (1 + α t..ß t 2 + …) vodičů R = R o. (1 + α t..ß t 2 + …) platinové teploměry platinové teploměry polovodičů polovodičů termistory R = A. e B/T termistory R = A. e B/T optické metody dotykové – kapalné krystaly dotykové – kapalné krystaly bezdotykové – IF záření bezdotykové – IF záření

10 TERMOREGULACE z hlediska výměny tepla s okolím je rozhodující velikost povrchu, nikoliv objemu nebo hmotnosti teplota má hlavní význam pro udržení činnosti enzymů živých systémů

11 Transport tepla kondukcí kondukcí (vedením) mezi orgány dt dt Q = λ. S τ dx dx λ koeficient přestupu tepla τ (tau) čas dt/dx gradient teploty podle vzdálenosti S plocha

12 Transport tepla konvekcí konvekcí prouděním kapalin – transport energie i hmoty Q = α. S. Δt. τ α koef. přestupu tepla přes rozhraní τ čas Δt rozdíl teploty mezi dvěma místy S plocha

13 Produkce tepla, energie stanovení přímé – kalorimetricky specifické teplo Q Q = c. m. Δt c [J kg -1 deg -1 ] Q = c. m. Δt c [J kg -1 deg -1 ] KALORIMETR – nádoba KALORIMETR – nádoba - plášť (izolace) - plášť (izolace) - čidlo pro tepelné změny - čidlo pro tepelné změny stanovení nepřímé – ze spotřeby O 2 spalná tepla fyzikální x fyziologická sacharidy a bílkoviny 17 MJ.kg -1 tuky 38 MJ.kg -1 tuky 38 MJ.kg -1 fyziologická využitelnost energie bílkovin je snížena o energii nutnou k detoxikaci dusíkatých látek (močovina, kyselina močová, aminy atd.)

14 Produkce tepla a omezení transportu tepla do okolí zvýšení bazálního metabolizmu svalový třes izolační vlastnosti pokryvu těla zmenšení povrchu vazokonstrikce

15 Výdej tepla radiací (u člověka až 60 %) závislá na teplotě okolí a pokryvu těla závislá na teplotě okolí a pokryvu těla Q ~ T 4 Q ~ T 4 vedením - nejteplejší jsou játra vazodilatacíprouděnímevaporace závislá na vlhkosti vzduchu závislá na vlhkosti vzduchu

16 TERMODYNAMIKA umožňuje předvídat, zda je za daných podmínek možný průběh určité reakce v organizmu umožňuje vypočítat energetické změny ve formě tepla nebo práce, které provázejí biochemické procesy

17 Základní pojmy teplo – nejméně uspořádaná forma energie práce – uspořádaná makrofyzikální forma energie rovnovážný stav systému odpovídá nejpravděpodobnějšímu uspořádání izolovaného systému odpovídá nejpravděpodobnějšímu uspořádání izolovaného systému relaxační doba je mírou přiblížení relaxační doba je mírou přiblížení (difuze plynu s, kapaliny hodiny) (difuze plynu s, kapaliny hodiny)

18 Základní pojmy termodynamická pohyblivá rovnováha otevřených systémů - stav, v němž je působení systému na okolí a působení okolí na systém stejné a vzájemné působení dějů uvnitř systému je vyrovnáno - stav, v němž je působení systému na okolí a působení okolí na systém stejné a vzájemné působení dějů uvnitř systému je vyrovnáno termodynamický děj reversibilní prochází řadou na sebe navazujících rovnovážných stavů reversibilní prochází řadou na sebe navazujících rovnovážných stavů ireversibilní – všechny děje, které v přírodě probíhají samovolně ireversibilní – všechny děje, které v přírodě probíhají samovolně

19 Základní pojmy práce systémem vykonaná - W práce systémem přijatá + W Teplo systému dodané + Q Teplo systémem odevzdané - Q

20 I. věta Zákon zachování energie Není možno realizovat izolovanou soustavu, jejíž energie by v důsledku děje, který v ní probíhá vzrůstala. Výroba energie z ničeho, perpetum mobile I. druhu Vnitřní energie systému U Absolutní hodnotu U neznáme, jsme schopni stanovit změny ΔU ΔU = Q – W

21 Důsledky I.věty 1 mol ideálního plynu změnou teploty plyn ve válci zvětší svůj objem ∆V a posune píst o ploše S o vzdálenost l. ∆V = S. l plyn nemůže konat jinou než objemovou práci W = p. ∆V [Pa m 3 ] = [N m -2 m 3 ] = [N m] = [J] [Pa m 3 ] = [N m -2 m 3 ] = [N m] = [J] Q = ∆U + W = ∆U + p ∆V nebo také znaménko – Rozhodující bude, za jakých podmínek je teplo dodáno.

22 Izochorický děj V = k ∆V = 0 → ∆T > 0 Q = ∆U veškeré dodané teplo se spotřebuje na zvýšení vnitřní energie systému (teplota se zvýší) molární měrné teplo za konstantního objemu c V (potřebné pro zvýšení teploty o 1 K) Q = ∆U = c V. ∆T Q = ∆U = c V. ∆T

23 Izobarický děj p = k Q = ∆U – p ∆V Q = ∆U – p ∆V většina chemických reakcí probíhá za konstantního (barometrického) tlaku, byla definována stavová funkce entalpie. většina chemických reakcí probíhá za konstantního (barometrického) tlaku, byla definována stavová funkce entalpie. molární měrné teplo za za konstantního tlaku c p ∆U = c p. ∆T Q = c p ∆T – p ∆V

24 Izochoricko – izobarický děj c V ∆T = c p ∆T – p ∆V p ∆V = c p ∆T - c V ∆T p ∆V = ∆T (c p - c V ) Ze stavové rovnice p V = R T pak Meyerův vztah definuje molární (universální) plynovou konstantu c p - c V = R c p - c V = R

25 Izotermický děj T = k Q = - p ∆V Q = - p ∆V veškeré dodané teplo se změní ve vykonanou práci -W, veškeré dodané teplo se změní ve vykonanou práci -W, vnitřní energie systému zůstává konstantní ∆U = k vnitřní energie systému zůstává konstantní ∆U = k

26 I. věta - Entalpie H tepelné zabarvení chemických reakcí ΔH = ΔU + pΔV exotermická (samovolná) reakce entalpie klesá ΔH < 0 endotermická reakce entalpie roste ΔH > 0 ΔH > 0 hf hf 6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2 6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2 ΔH = + 2, kJ.mol -1 h Planckova konstanta f vlnočet

27 II. věta termodynamická Thomson, Kelvin, Planck: Je nemožné sestrojit takový cyklicky pracující tepelný stroj, který by nedělal nic jiného než odebíral teplo z jedné lázně a konal práci tomuto teplu přesně ekvivalentní. Clausius: Je nemožné sestrojit takový cyklicky pracující tepelný stroj, který by nekonal nic jiného než převáděl teplo z tělesa chladnějšího na těleso teplejší perpetum mobile II. druhu

28 Účinnost tepelného stroje T 2 T 1 T 2 T 1 OHŘÍVAČ → STROJ → CHLADIČ Q T2 -W Q T1 Q T2 -W Q T1 -W = Q T2 - (- Q T1 ) = Q T2 + Q T1 Pracuje-li stroj vratně, pak účinnost: T 2 – T 1 T 2 – T 1 η = η = T 1 T 1 T 2 = T 1 pak η = 0 stroj nekoná práci pro 100% účinnost by muselo platit T 1 = 0, což je v rozporu se III. termodynamickou větou – teoremem nedosažitelnosti absolutní 0

29 Entropie S entropo – udávati směr míra neuspořádanosti systému, přeneseně též neorganizovanosti míra neuspořádanosti systému, přeneseně též neorganizovanosti ΔS = Q / T ΔS = Q / T u ireversibilních dějů otevřených systémů entropie roste ΔS > 0 - transport entropie z okolí a do okolí S e - transport entropie z okolí a do okolí S e - přírůstkem entropie v uvažovaném systému S i - přírůstkem entropie v uvažovaném systému S i Prigoginova rovnice ΔS = ΔS e + ΔS i ΔS = ΔS e + ΔS i ΔS e 0 ΔS i > 0 => ΔS > 0

30 Veličiny odvozené z II. termodynamické věty volná energie F (T = k V = k) ΔF = ΔU – T ΔS ΔF = ΔU – T ΔS volná (využitelná) entalpie – Gibbsova energie G (T = k p = k) ΔG = ΔH – T ΔS ΔG = ΔH – T ΔS T ΔS entropický člen – vázaná energie U živého organizmu můžeme považovat T, V, p za přibližně konstantní, pak není významný rozdíl mezi G a F

31 Termodynamika živých systémů Gibbsova energie představuje tu využitelnou část chemické energie, která může být v systému přeměněna na jiný druh energie nebo na práci. Účinnost živých systémů je až 40 %. Nevyužitá část energie je ve formě tepla vyloučena z organizmu. Tím se organizmus snaží snížit nárůst entropie. Nevyužitá část energie je ve formě tepla vyloučena z organizmu. Tím se organizmus snaží snížit nárůst entropie.

32 Termodynamika ireverzibilních systémů otevřené systémy směřují k pohyblivé rovnováze, která se vyznačuje minimální entropií přechod otevřeného systému k pohyblivé rovnováze může způsobit dočasný pokles entropie Obecně jsou pohyblivé rovnováhy stabilní. Proti každému pochodu, který je vyvolán vnější silou nebo způsobuje v systému jiný primární děj musí existovat procesy, které se snaží těmto změnám zabránit !

33 Při všech ireversibilních procesech musí entropie vzrůstat. Organizmus se však „vyživuje“ komplexními organickými molekulami (z potravy) s vysokou hodnotou volné entalpie G. Při jejich rozkladu používá část volné entalpie G ke svému zachování a část k výstavbě vyšší organizace. Tím se živé organizmy snaží čelit nárustu entropie a samy sebe udržují ve stavu pohyblivé rovnováhy.

34 Z hlediska evoluce vznikem vyšší organizace a diferenciace nových tkání a vznikem nových druhů dochází ke snižování entropie. II. t. v. však neztrácí platnost, neboť platí pro „uzavřený systém“ konkrétního jedince s jeho průběžně voleným okolím. Nárůst entropie konkrétního organismu je představováno jeho stárnutím, které vede k termodynamické smrti. Posmrtný rozklad představuje snahu po dosažení rovnovážného stavu.

35 Energetické přeměny hydrolýza u převažujících typů vazeb (glykosidická, peptidická, esterová) slabá exotermická reakce G do 12 kJ.mol -1 G do 12 kJ.mol -1 existují sloučeniny, kde se hydrolýzou získává Gibbsova energie 30 – 50 kJ.mol -1 vazby polyfosfátové, fosfosulfátové, acylfosfátové, thioesterové vazby polyfosfátové, fosfosulfátové, acylfosfátové, thioesterové

36 Makroergické vazby, fosfáty ~ P nebo - P ve skutečnosti je energetický obsah každé sloučeniny dán jejím prostorovým uspořádáním uvolněná energie tedy pochází z celé sloučeniny, nikoliv ze samotné vazby představují zásobárnu energie – energetický „pool“

37 Energetické přeměny hydrolýza je řízena enzymy a díky tomu dochází k postupnému uvolňování energie potrava + O 2 + anorg. fosfáty → ATP ATP → svalová práce, tělesné teplo, atd. nebo přenosové reakce nebo přenosové reakce ATP + specifické sloučeniny → specifické vysoce energetické sloučeniny glukóza + ATP → ADP + glukózo-6-fosfát glukóza + ATP → ADP + glukózo-6-fosfát

38 Doplnění energetického „poolu“ ATP ADP P energie z živin potřebná pro navázání P energie pro životní pochody

39 Doplnění energetického „poolu“ aerobní proces – oxidativní fosforylace spřažená s dýchacím řetězcem anaerobní glykolýza Veškerá energie živin se nejprve převede na chemickou energii (makroergních fosfátů) a teprve pak může být postupně využita ve formě kaskády jednotlivých, enzymy řízených, reakcí.


Stáhnout ppt "Disperzní soustavy, termika, termodynamika Teze přednášky."

Podobné prezentace


Reklamy Google