4.1: Вступ

$\newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} }$

$\newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

Три закони термодинаміки описують потік і передачу енергії у Всесвіті.

1. Енергію не можна ні створити, ні зруйнувати.

2. Універсальна ентропія (розлад) завжди збільшується.

3. Ентропія знижується з температурою - коли температури наближаються до абсолютного нуля, так йде ентропія

У живих системах нам не доводиться турбуватися про третій закон, оскільки рівняння енергообміну в живих системах вже відображають температурну залежність змін ентропії під час реакцій. Тут ми розглянемо, як ми зрозуміли основні термодинамічні принципи і як вони застосовуються до живих систем. Спочатку ми розглянемо різні види енергії і на те, як окислювально-відновні реакції регулюють потік енергії через живі істоти. Далі ми спробуємо розібратися в деяких простих арифметичних твердженнях Законів термодинаміки для замкнутих систем, а потім на те, як вони застосовуються до хімічних реакцій, проведених в стандартних умовах. Нарешті, оскільки насправді немає такого поняття, як замкнута система, ми дивимося на енергетику реакцій, що відбуваються у відкритих системах. Для відмінного обговорення того, як основні термодинамічні принципи застосовуються до живих істот, див. Lehninger A. (1971) Біоенергетика: молекулярна основа трансформації біологічної енергії. Бенджамін Каммінгс, Сан-Франциско.

Цілі навчання

Коли ви освоїли інформацію в цьому розділі, ви повинні мати можливість:

1. пояснити різницю між передачею енергії та перетворенням енергії.

2. порівняйте та контрастуйте потенціал проти кінетичної, а також інших категорій енергії (наприклад,

маса, тепло, світло... і т.д.).

3. пояснити взаємні зміни універсальної вільної енергії і ентропії.

4. вивести алгебраїчний зв'язок між вільною енергією, ентальпією та ентропією.

5. констатувати різницю між екзотермічними, ендотермічними, ексергонічними та ендергонічними

реакцій

6. прогнозувати зміни вільної енергії на основі зміни концентрацій реагентів і продуктів в закритих системах і відкритих системах.

7. пояснити, як така ж реакція може бути ендергонічною, але буде (за відповідних умов) вивільняти вільну енергію.

8. прогнозувати, чи буде біохімічна реакція виділяти вільну енергію, якщо вона екзотермічна, і якщо так, то за яких умов (ви повинні вміти це робити після роботи деяких зразкових завдань замкнутої системи енергетики).

9. розрізняти рівновагу і сталий стан реакцій і пояснити, як ендергонічна реакція також може бути спонтанною (тобто може вивільнити вільну енергію).