1 / 32

Termodynamik

Termodynamik. Biologisk kemi, 7,5 hp KTH Vt 2010 Märit Karls. Exoterm Entalpi Aktiveringsenergi Spontan process Gibbs fria energi Jämviktsuttryck Le Chateliers princip. Endoterm Kollisionsteori Katalysator Entropi Kemisk jämvikt Jämviktskonstant. Viktiga begrepp.

ferdinand-reynolds
Download Presentation

Termodynamik

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

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

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

  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 reaktion Endoterm reaktion http://www.mhhe.com/physsci/chemistry/animations/chang_2e/activation_energy.swf

  9. Energirika bindningar Fotosyntesen; solenergi omvandlas till kemisk energi 6 CO2 + 6 H2O C6H12O6 + 6 O2 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 = Hprod – Hreaktanter • 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 Ea • 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 http://virtuallaboratory.colorado.edu/Biofundamentals/index.html

  14. Exoterm reaktion • Fig. 9.4 s. 253 • C + O2 → CO2 • 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 • NH4NO3(s)→ NH4+(aq) + NO3-(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. Stenblock Föräldrars sovrum Is Rent vatten Jord Tonåringars sovrum Vatten Te Vilket har högst entropi?

  23. Fler exempel Fig. s. 184 Fig. 4.8 s. 109 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 < 0 spontan reaktion exergon reaktion • ΔG > 0 icke spontan, endergon reaktion • ΔG = 0 jämvikt • 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 • Fall ΔH ΔS ΔG Spontan eller inte? • 1 - + - • 2 - - - • 3 - - + • 4 + + - • 5 + + + • 6 + - +

  27. Kemisk jämvikt • a A + b B↔ c C + d D • Om 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 http://www.mhhe.com/physsci/chemistry/animations/chang_2e/lechateliers_principal.swf

  30. Syretransport i blodet • HHb + O2↔ HbO2- + 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, C8H18 + bensen C6H6 • Ex. 2 Oktan + vatten • Ex. 3a Etanol CH3CH2OH + vatten • Ex. 3b Oktanol + vatten • Ex. 4 NaCl + vatten

  32. Bindningsenergier http://www.chem1.com/acad/webtext/chembond/cb01.html

More Related