Presentation laddar. Vänta.

Presentation laddar. Vänta.

Termodynamik Biologisk kemi, 7,5 hp KTH Vt 2010 Märit Karls.

Liknande presentationer


En presentation över ämnet: "Termodynamik Biologisk kemi, 7,5 hp KTH Vt 2010 Märit Karls."— Presentationens avskrift:

1 Termodynamik Biologisk kemi, 7,5 hp KTH Vt 2010 Märit Karls

2 Viktiga begrepp Exoterm Entalpi Aktiveringsenergi Spontan process Gibbs fria energi Jämviktsuttryck Le Chateliers princip Endoterm Kollisionsteori Katalysator Entropi Kemisk jämvikt Jämviktskonstant

3 Energi – drivkraften bakom allt Termodynamik -om en reaktion kommer att ske Kinetik -hur fort en reaktion kommer att ske Jämvikt -hur mycket av reaktionen sker

4 Termodynamikens 1:a lag Energi kan inte nyskapas eller förintas, bara omvandlas från en form till en annan men vad är energi egentligen? Energi är kapacitet att utföra arbete eller överföra värme Värme som utvecklas eller förbrukas vid en reaktion kallas delta-entalpi,  H

5 Vad sker vid kemiska reaktioner? Elektroner flyttas eller samarbetar så bindningar bryts eller bildas Fig. 4.3 s. 87 Kräver kollisioner! Energi förbrukas eller produceras

6 Kollisionsteorin För att reaktion skall ske krävs: –Kollision –Kollisionen måste vara geometrisk gynnsam –Kollisionen måste ske med tillräcklig energi

7 Energi och kemiska bindningar Under en kemisk reaktion –bryts gamla bindningar –bildas nya bindningar –rörelseenergi omvandlas till kemisk energi –produceras eller konsumeras energi Om energi frigörs är reaktionen: Om energi åtgår är reaktionen:

8 Exoterm reaktionEndoterm reaktion

9 Energirika bindningar Fotosyntesen; solenergi omvandlas till kemisk energi 6 CO H 2 O C 6 H 12 O O 2 Kemisk energi finns inbyggd i kovalenta bindningar, ett stabilt ämne har starka intra- molekylära bindningar Ett instabilt ämne har svaga intra-molekylära bindningar ljus

10 Entalpidiagram Entalpi H –Värmeinnehåll, den energi som finns lagrad i ett ämne Entalpiförändring ΔH = H prod – H reaktanter ΔH = negativ, exoterm ΔH = positiv, endoterm

11 Aktiverat komplex En effektiv kollision leder till ett aktiverat komplex Ett tillfälligt stadium där bindningar omvandlas

12 Aktiveringsenergi E a Den minsta energi som krävs för att en reaktion skall ske OBS! diagrammet visar Medelenergin för kollisionerna Fig. 9.5 s. 254

13 Vägen spelar ingen roll Kolhydrater förbränns i kroppen En serie redoxreaktioner Energin som produceras lagras i ATP

14 Exoterm reaktion Fig. 9.4 s. 253 C + O 2 → CO 2 ΔH är negativ Systemets entalpi minskar Vart tar energin vägen? Avges till omgivningen i form av värme Produkterna är stabilare än reaktanter

15 Endoterm reaktion NH 4 NO 3 (s)→ NH 4 + (aq) + NO 3 - (aq) ΔH positiv Reaktionen kräver att energi tillförs från omgivningen En endoterm reaktion kan ske spontant, men det är inte vanligt

16 Reaktionshastigheten påverkas av Reaktanternas koncentration –Ju fler reaktanter desto fler gynnsamma kollisioner Reaktanternas struktur –Ju större yta desto fler gynnsamma kollisioner

17 Reaktionshastigheten påverkas av Temperatur –Tumregel: 10 ºC ger en fördubbling av reaktionshastigheten –Kollisionsfrekvensen ökar med 2 % –Hur kan hastigheten öka med 100% Fig. 9.3 s. 252

18 Reaktionshastigheten påverkas av Fig. 9.7 s. 255 Katalysator –Deltar ej i reaktionen men ökar reaktionshastigheten –Sänker aktiv.energin –Enzymer = biologiska katalysatorer –Ex. karboanhydras –Skriv upp reaktionen för karboanhydras

19 Drivkraft till kemiska reaktioner Strävan efter energiminimun –strävan efter så låg entalpi som möjligt Strävan efter ökad oordning –strävan efter så hög entropi (S) som möjligt En reaktion kan ske spontant om den är –exoterm och oordningen samtidigt ökar –starkt exoterm och oordningen minskar obetydligt –endoterm men oordningen ökar starkt

20 Spontan eller inte? Spontan process –Sker ”naturligt” utan någon synbar anledning –Exempel? Icke-spontan process –Kräver att något görs för att den skall inträffa –Exempel?

21 Termodynamikens 2a lag Ett system och dess omgivning strävar mot större oordning Entropi är ett mått på oordningen i ett system ΔS = S(produkter) – S(reaktanter)

22 Vilket har högst entropi? Stenblock Föräldrars sovrum Is Rent vatten Jord Tonåringars sovrum Vatten Te

23 Fler exempel Fig. 4.8 s. 109 Fig. s. 184 OBS! När ett ämne (solute) löser sig i ett lösningsmedel (solvent) sker en fysikalisk process, ingen kemisk reaktion. Det som bryts är attraktioner mellan molekyler i det lösta Ämnet och mellan molekyler i lösningsmedlet. Det bildas nya attraktioner mellan det lösta ämnets molekyler och lösningsmedlets molekyler. Se två bra bilder på länken nedan Metanol i vatten mm

24 Gibbs fria energi = G Den maximala energin som kan fås från en reaktion Den totala energiförändringen är –ΔG = G(produkter) – G(reaktanter) –Vid konstant tryck: ΔG = ΔH - T ΔS ΔG < 0spontan reaktion exergon reaktion ΔG > 0icke spontan, endergon reaktion ΔG = 0jämvikt –OBS! T skall anges i Kelvin

25 En reaktion kan ske spontant om ΔG < 0 ΔH - T ΔS < 0 dvs om reaktionen är –Exoterm och oordningen samtidigt ökar –Starkt exoterm och oordningen minskar obetydligt –Endoterm men oordningen ökar starkt

26 ΔG = ΔH - T ΔS FallΔH ΔSΔGSpontan eller inte?

27 Kemisk jämvikt a A + b B↔ c C + d DOm ΔG = 0 När reaktionshastig- heten för bägge reaktionerna är lika uppnås jämvikt Dynamisk jämvikt!

28 Jämviktskonstant Vid jämvikt råder ett bestämt matematiskt samband mellan koncentrationerna av reaktanter och produkter Bägge reaktionerna pågår hela tiden men koncentrationerna av reaktanter och produkter ändras inte Man kan ställa upp ett matematiskt samband mellan de olika koncentrationerna

29 Le Chateliers princip Om man gör en förändring i ett system i jämvikt sker en reaktion -en jämviktsförskjutning- så att förändringen motverkas

30 Syretransport i blodet HHb + O 2 ↔ HbO H + Skriv upp jämviktsuttrycket Vad händer i lungorna? –Jämvikten störs, hur ändras reaktionen? Vad händer när syret kommer till cellerna? –Jämvikten störs, hur ändras reaktionen

31 Löslighet Varför blandar sig vissa föreningar men inte andra? Drivkraft: –1) strävan mot total oordning = max. entropi –2) strävan mot lägsta möjliga energi i systemet –Kom ihåg: starka bindningar innebär låg energi, stabilt Ex. 1 Oktan, C 8 H 18 + bensen C 6 H 6 Ex. 2 Oktan + vatten Ex. 3a Etanol CH 3 CH 2 OH + vatten Ex. 3b Oktanol + vatten Ex. 4 NaCl + vatten

32 Bindningsenergier


Ladda ner ppt "Termodynamik Biologisk kemi, 7,5 hp KTH Vt 2010 Märit Karls."

Liknande presentationer


Google-annonser