Тема 3. Химическая термодинамика. Химическое равновесие Медико-биологическое значение темы

Термодинамические данные дают врачу ключ к пониманию характера протекания биохимических процессов в организме, процессов эмбриогенеза, регенерации тканей, старения и возможности регулирования этих процессов, осуществления лечебных назначений.

Химические процессы, протекающие в живых клетках, носят обратимый характер, протекают при постоянных значениях давления и температуры и должны характеризоваться определенными значениями энергии Гиббса и константой равновесия. Для всех биологических жидкостей организма характерен определенный равновесный состав, который нельзя менять произвольно (гомеостаз).

Законы наступления, сохранения и смещения динамического равновесия, справедливые для химических процессов, имеют свои аналоги в живой природе, например, аналогично принципу смещения химического равновесия Ле-Шателье, в природе существует принцип адаптационных перестроек.

Любая равновесная живая система при воздействии на нее, перестраивается так, чтобы уменьшить это воздействие.

Санитарные врачи и гигиенисты должны усвоить, что в целом и биосфера характеризуется определенным экологическим равновесием, нарушение которого в результате деятельности человека ведет к изменению состава воздуха, качества вод, ухудшению плодородия почвы. Одной из задач санитарных служб является знание физико-химических закономерностей протекания обратимых процессов и использование этих знаний для сохранения экологического равновесия Земли.

Таблица 2

Основные параметры, используемые для характеристики термодинамических процессов

Параметр	Обозначение (единица)	Смысловое значение
Внутренняя энергия	Е (кДж/моль)	Полная энергия системы, равная сумме кинетической, потенциальной и других видов энергии всех частиц этой системы
Работа	W (кДж/моль)	Энергетическая мера направленных форм движения частиц в процессе взаимодействия системы с окружающей средой
Теплота	Q (кДж/моль)	Энергетическая мера хаотических форм движения частиц в процессе взаимодействия системы с окружающей средой
Первый закон термодинамики	Q = ΔW + E	Теплота, подведенная к закрытой системе, расходуется на увеличение внутренней энергии системы и на совершение системой работы против внешних сил окружающей среды
Энтропия	S (Дж/(моль∙К)) ΔS = Q/T,	Функция состояния системы, характеризующая меру неупорядоченности системы. Эта функция состояния характеризует часть энергии системы, которую невозможно превратить в полезную работу (рассеянная энергия).
Энтальпия	H (кДж/моль) H = E + pV ΔE =Δ + pΔW	Функция состояния, характеризующая полную энергию системы в изобарно-изотермических условиях
Энтальпия реакции (тепловой эффект реакции)	ΔHр-ции (кДж/моль)	Количество теплоты, которое выделяется или поглощается при проведении химических реакций в изобарных условиях
Стандартное состояние	–	Наиболее устойчивая форма при заданной температуре (обычно 298 К) и давлении 1 атм
Стандартные условия	с. у.	Давление: 101 325 Па = 1 атм (760 мм рт. ст.); температура: 25 °С (298 К); n(Х) = 1 моль
Стандартная энтальпия образования простых веществ	(вещество, агрегатное состояние) (кДж/моль)	При с. у. принимается равной нулю для простых веществ в их наиболее устойчивом агрегатном состоянии.
Стандартная энтальпия образования сложного вещества	(вещество, агрегатное состояние) (кДж/моль)	Энтальпия образования 1 моль вещества из простых при с. у.
Стандартная энтальпия сгорания	(кДж/моль)	Энтальпия сгорания (окисления) 1 моль вещества до выcших оксидов в среде кислорода при с. у.
Энергия Гиббса (свободная энергия)	G (кДж/моль) G = H – TS ΔG = ΔH – TΔS	Термодинамическая функция состояния системы, характеризующая энергию системы, которую можно превратить в полезную работу в изобарно-изотерми-ческих условиях
Константа равновесия химической реакции для равновесия	Для реакции aA + bB ⇄ cC + dD	Равна отношению произведения равновесных концентраций продуктов реакции к произведению равновесных концентраций реагентов в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам
Уравнение изотермы Вант – Гоффа	Для обратимой реакции aA + bB ⇄ cC + dD	Позволяет рассчитать энергию Гиббса при заданных значениях концентраций реагентов и продуктов реакции