Рубнерді тжірибесі

Микроорганизмдермен жргізген тжірибесінде М.Рубнер бактерия клеткасына орекпен тскен энергияны тіршілік рекеті барысында екі блікке ажырайтындыын байады:

Тіршілік рекеттері барысында ортаа зат алмасу німдерімен блініп отыратын жылу/энергия;

Клеткада ора жиналатын энергия (бл энергия зерттеу объектісін калориметрлік бомбада жау арылы аныталады). Аталан энергия трлеріні осындысы оректік заттармен келіп тсетін ішкі энергияа сай келеді.

Тура калориметрия –организмнен блінетін жылуды тікелей лшеу

Жанама калориметрия - организмні жылу ндіруін газ алмасу бойынша лшеу

Сонымен, тірі организм жаа энергия кзі болып есептелмейді жне термодинамиканы бірінші заын тірі организмдерге толытай олдануа болады.

11.Гесс заы оны практикалы олданылуына мысал келтірііз?Калориметрия дісі жне оны практикал маыздылыын тсіндірііз?Термодинамиканы бірінші заы басаша энергияны саталу заы ретінде де белгілі,яни энергия жотан пайда болмайды жне жоалмайды, тек бір трден екінші трге аусып отыратындыына негізделген. Ол зады жалпы е алаш 1748 ж. М.В.Ломоносов сынды.Кейінірек Г.И. Гесс, Р. Майер, Д.П. Джоуль, Г. Гельмгольцтерді ебектеріні нтижесінде ол за одан рі зерттеліп азіргі тсініктемесіне ие болды.Кез келген химиялы,сонымен атар физикалы (еру,балу,булану т.б) процестері жргенде энергия блінеді немесе сііріледі. Реакция нтижесінде блінетін немесе реакция жру шін берілетін жылу реакцияны жылу эффектісі деп аталады. Реакцияны жылу эффектісін зерттейтін физикалы химияны саласын термохимия деп атайды.Барлы термохимиялы есептеулер сйенетін, басты принцип 1840 жылы бекітілді. Бл принцип Гесс заы атымен белгілі болан жне химиялы термодинамикалы процестерге бастапы бірінші осымшасы болып табылатын, ол за былай тжырымдалады: егер бастапы берілген заттардан р трлі жолдармен белгілі бір німдер алатын болса, онда осы німдерді алу жолдарына байланыссыз барлы жолдарды жылу эффектілері бірдей болады.Гесс заы траты клемде жретін процестерге (онда жылу эффектісі Q_V = U) жне траты ысымда жретін процестерге (онда жылу эффектісі Q_p = Н) олданылады.Гесс заы іс жзінде кп олданылады. Ол кейбір химиялы реакцияларды жргізбей-а, оларды жылу эффектілерін есептеуге ммкіндік береді. Гесс задарынан бірнеше салдар шыады.Бірінші салдар. Кейбір химиялы осылысты айрылуыны жылу эффектісі оны тзілу жылу эффектісіне те, тек табасы арама-арсы. (Мны Лавуазье-Лаплас (1780-1784) заы деп атайды.). Екінші салдар. Егер р трлі бастапы кйлерден бірдей соы кйге келетін екі реакция жретін болса, онда оларды жылу эффектілеріні айырмасы бастапы кйлерді бір-біріне ауысандаы жылу эффектісіне те.Кміртекті аллотропты бір кйден екінші кйге ауысандаы жылу эффектісіні тжірибе арылы лшей алмайтындытан, Гесс заыны екінші салдарын пайдалана отырып, оны есептеуге болады. шінші салдар. Бірдей бастапы кй-жадайда р трлі соы кйлерге келетін екі реакция жретін болса, онда оларды жылу эффектілеріні айырмасы соы кй-жадайларды бір-біріне ауысандаы жылу эффектісіне те. Мысал ретінде кміртек пен кміртек (II) оксидіні кміртек (IV) оксидіне дейін жануын арастыруа болады.Гесс заыны басты тжірибелік мні бар. Гесс заыны кмегімен жылу эффектілерін наты лшеу ммкін емес немесе иынды туызатын процестерді жылу эффектілеріні шамасын есептеуге болады.

12.Энтропия жне оны згерісі « энтропия - жйедегі реттілікті лшемі» дегенді алай тсінесіз?Энтропия (грек. еntropіa – брылыс, айналу) – тйы термодинамикалы жйедегі здігінен жретін процесті ту баытын сипаттайтын кй функциясы. Энтропияны кй функциясы екендігі термодинамиканы екінші бастамасында тжырымдалады. Энтропия ымын термодинамикаа 1865 ж. Р.Клаузиус енгізген Энтропия – термодинам. тепе-тендік кйдегі макроскоп. денелерге тн асиет. Ол бірліктерді халыаралы жйесінде (СИ) Дж/К арылы рнектеледі. Энтропия ымы ылымны кптеген салаларында (физика, химия, т.б.) маызды рл атарады.Еркінше алынан айтымды циклды арастырса. Циклды блшектеу кмегімен, элементарлы Карно циклын шексіз кп санды тедікті, мына трде жазуа болады:dq₁T₁= dq₂T₂Тйыталан пішін бойынша, интегралдау кезінде жне dq₂ теріс табаларын есептеп табамыз.dq_айтT₁ = 0.Мндаы, dq_айт — табасы кезіндегісі, аралып отыран айналмалы процесстегі айтымды тріне, ерекше кіл аударылуы тиіс. Сонымен, келтірілген жылулыты интегралды суммасы шін, андай болса да, айтымды циклда нлге те. Бл Клаузиус тедеуі деп аталады.Шарт бойынша, жылулыты dq жеткізу процессі айтымды деп есептеледі. Сонымен, S — функция жадайы. Оны энтропия деп атайды. Формуладаы 1/T стігі крсеткішінде тран, толы емес дифференциал dq шін интегралдаушы кбейткіш болады. Еркін айтымды айналмалы процесс шін алынан формуладан, энтропия S жне абсолютты температура Т бар екендігі туралы тікелей орытынды шыады да, тедеумен аныталады, оны айтымды процесстер шін, жылу динамикасыны екінші заыны тедеуі деп атайды.Энтропияны згерісі тедеудін олданып термодинамиканы бірінші бастамасыны бірлестірілген трін былай жазуа болады:TdS=dU+dAОсы тедеуді термодинамикалы тепе-тедік деп атайды. Бл тедеуді айтымды процестер шін термодинамиканы екінші бастамасы деп те жиі айтады.айтымды процестер тетін жйені энтропия деген кй функциясымен сипатталуын да термодинамиканы екінші бастамасы деп айтады.Энтропия тсінігін жне Клаузиусты тесіздігін олдана отырып, термодинамиканы 2 заын тйы жйедегі айтымсыз процестер шін энтропияны су заы деуге болады: кез-келген тйы жйедегі айтымсыз процесс сол жйені энтропиясы сетіндей болып жреді немесе ысаша былай айтуа болады: тйы жйеде жретін процестерде энтропия азаймайды.Тйы емес (ашы) жйелерде энтропия суі де, азаюы да, траты болуы да ммкін.Энтропия тйы жйедегі тек ана айтымды процестер шін траты, ал тйы жйедегі айтымсыз процестер шін рашанда седі.

13.Тірі жйелер шін термодинамиканы 2 заы алай тжырымдалады?И.П Пригожин тедеуін жазып сипаттаыз.Термодинамиканы екiншi заы энергетикалы трленулердi бар болу ммкiндiгiнi баытын крсетедi. Салыныра денеден ыстыыра денеге жылуды тасымалдау, екi жйеде де немесе оршаан ортада бiр мезгiлде баса згерiстер жасамайынша, ммкiн емес.Жылу двигателi. Iс-рекетi жмыс атарушы дененi механикалы энергиясын iшкi энергияа трлендiруге негiзделген двигательдер жылу двигателдерi деп аталады.Кез-келген дененi (ыздырышты) iшкi энергиясын, ыздырышты жылуын баса температурасы тменiрек денеге(тоазтыша) бергенде ана, яни тек жылу алмасу процесi кезiнде ана, iшiнара механикалы энергияа айналдыруа болады.Е алаш рет бл мселенi, идеалды жылу машинасын ойлап тапан француз алымы С.Карно зерттедi.Карно циклi. Жмыс атарушы дене ыздырыштан Q жылу млшерiн алады да, тоазытыша Q_T жылу млшерiн бередi, ал (Q — Q_T) айырымын A жмыса айналдырады. Жмыс атарушы дене лайан кезде зiнi барлы iшкi энергиясын жмыс жасауа берiп жiбере алмайды. Жылуды едуiр блiгi мiндеттi трде жмысын атаран газбен бiрге тоазытыша берiледi. Iшкi энергияны бл блiгi айтарылмай, бiржола жоалады.Карно машинасындаы жмыс атарушы дене, з кйiнi згеру циклiн периодты трде айталап тратын, идеалды газ болып табылады. Карно машинасында йкелiске жне оршаан ортамен жылу алмасуа кеткен энергияларды шыындары ескерiлмейдi, сондытан бл машинаны Карноны идеалды жылу машинасыдеп атайды.Айналмалы процесс н/е цикл – бiрнеше кйлер катарынан тiп зiнi бастапы кйiне айтып келетiн жйе процесi Егер айналмалы процесс саат тiлi бойынша жретiн болса (3.11-сурет), онда жмыс о болады жне цикл- тура цикл д. а.

Пригожин аидасын жазып, анытап берііз.Тепе-тедік емес термодинамикасында стационар кй ерекше орын алады. Термодинамикалы тепе-тедікті жо болуына арамастан жйені за уаыт бойына зіні кейбір физикалы жне химиялы асиеттерін сатап тру асиеті стационар кй деп аталады. Пригожин рнегі организм мен сырты ортаны энтропия алмасуыны тедігін крсетеді.Ал стационар кй шін S=conct, екенін еске алса бдан кріп отыранымыздай стационар кй шін энтропия згерісі нлге те болмайды,стационар кйде заттар алмасуы здіксіз жріп отырады. Сырты лшемдер аны болан кездегі стационарлы куйдегі жйедегі энтропияны ну жылдамдыын уаыт бойынша траты жне клем боййынша кіші. Егер жйе андайда бір себеппен стационарлы кйден шыарылан болса энтропия суіні лестік жылдамдыы е кіші мнге ие болмайынша згере береді. Траты жадайда Пригожин принципі орындалады. Биожйеде энтропия баасы о жне минимальді. Тек ана траты жадайда орындалады. Пригожин аидаты немесе теоремасы : Басаша айтса, ашы жйені стационарлы немесе тепе-тедік кйінедейін дамуы жоары крсетілген тесіздік арылы рнектеледі. Стационарлы кйді кенеттен зін зі йымдастыру былысына келетін трасызыдыын таы бір айын мысалы Бенар трасыздыы болып табылады. Ол тік градиентті температураа ие сйытыты клдене абатында туындайды. Сйытыты конвективті озалысы жйені крделі кеістік трде йымдастырылуын туызады. Сызыты емес термодинамиканы рушыларды бірі Пригожин мндай йымдасу трін диссипативті рылым деп атаан. Пригожин формуласынан кріп отыранымыздай стационар кй шін энтропия згерісі нлге те болмайды. Бдан стационар кйде (яни биологиялы жйеде) заттар алмасуы здіксіз болып трады.Ашы жйелерді стационар кйін траты жне траты емес деп блуге болады. Траты стационар кй энтропия згерісі жылдамдыыны е аз мніне ие болады. Тірі организм траты стационар кйді бір длелі бола алады. Егер сырты ортаны згеруіне (айталы ысымны, температураны) байланысты организм стационарлы кйде тра алатын болса, онда организм осы ортаа йренеді де (адаптацияланады) мір сре береді. Ал оршаан ортаны згеруіне байланысты организм стационарлы кйден ауытып кететін болса, онда организм мір сруін тотатады.Пригожин теоремасы : “Біршама жартылай тедестірілген ашы жйелерде згермейтін орта жадайларында термодинамикалы тепе тедікке жаын стационарлы кйде энтропияны ішкі айтымсыз процестер нтижесінде су жылдамдыыны мні нлден зге траты минималды о шамаа те болады”Энтропияны суіні минимум принципы немесе Пригожин теоремасы ашы жйеде здігінен жретін згерістерді жалпы баытын крсететін санды критерий немесе басаша айтанда жйені эволюциясыны критерийі болып табылады.р секундтаы энтропия сіміні мніні згеруі бойынша жйені соы стационарлы кйге туін болжауа болады.

Айтылан термодинамикалы айтымсыз процестер негізінде биологиялы былыстарды анализдеуге арналан кптеген жмыстар бар.Бл теориялара сай организдерді суі мен дамуы здігінен жне здіксіз жреді, соы стационарлы кйге жетуге баытталан боладынтижесінде энтропияны тзілу жылдамжыы азаяды да соы стационарлы кйде минималды мнге ие болады.

14.Биологиялы жйелерднгі стационарлы кй жне оны амтамасыз етілу механизмдерін тсіндірііз,Термодинамика задарын биологиялы жйелерге олдананда тірі организмні ерекшеліктеріне аса кіл блу керек: 1) заттар мен энергия аынына биологиялы жйелер ашы; 2)Тірі жйелердегі процесстер айтымсыз; 3) тірі жйелер тепе-тедіктен алыс; 4) биологиялы жйелер гетерофазалы, рылымды жне жеке фазалары аздаан молекулалар санынан труы ммкін. Биологиялы жйелер асиеттерін наты трде сипаттау шін айтымсыз процестер термодинамикасы теориясы олданылады. Оны негізіг салушылар Л.Онгазер мен И. Пригожин. Процесті уаыта туелділігіне мысал ретінде: иондарыны концентрациясы клетканы ішіне араанда сыртында кп. Біра концентрациясы градиенті мен потенциалодар айырмасыны болуы индарыны ішке еніп кетуіне келеді, сондытан концентрациясы траты болып алады.

Стационарлы кй сипаттамалары:Жйеге енген зат мен одан блініп шыан затты тратылыы;Еркін энергия шыыныны тратылыы, олар жйедегі заттар концентрациясын траты етіп стап трады.Стационар кйдегі термодинамикалы параметрлерді тратылыы.Ашы жйе стационар кйде зат мен электр зарядтары аыны есебінен ана мір сре алады.

Сызыты тепе-те емес термодинамика негізін алаан Л.Онзагер мен И.Пригожин болды. Ол тепе-те кйге жаын процестерді арастырады, процестерден пайда болан жылдамдытар мен кштерді арасында сызыты байланыстар болан кездегі. Биологиялы жйелер градиент саныны артытыымен сипатталады (осмосты, электрлік, концентрлік жне т.б. андай да бір термодинамикалы параметрді градинті ара ашытыа байланысты згереді. , – лкен параметрден кіші параметрге дейінгі баыт.Биологиялы жйе оны градиенті болса, онда оны жмыс істей алу ммкіндігі бар. Градиентті энергия оймасы деп айтуа болады.Еркін энергия - термодинамикалы параметрлерді 1-ші жне 2-ші нктелердегі мні.Жйені жмыс істеуі осы еркін энергияны жмсауына байланысты. Егер жмыс істелетін болса, онда градиент кемиді, себебі оны энергиясы есебінен жмыс жасалады, біра параллель оан арама-арсы баытта екінші градиент пайда болады. айтымсыз процестерде екінші градиентті шамасы бірінші градиентке араанда аз болады.