Năng lượng sinh học

1 Chemical Thermodynamics NHIỆT ĐỘNG HỌC TRONG SINH HỌC 2 Chemical Thermodynamics Định luật 1 nhiệt động học (First Law of Thermodynamics) • Chúng ta biết rằng năng lượng không thể tự sinh ra và tự mất đi (energy cannot be created nor destroyed). • Vì vậy, tổng năng lượng của vũ trụ là hằng số ( Therefore, the total energy of the universe is a constant.) • Năng lượng có thể chuyển đổi từ dạng này sang dạng khác hoặc chuyển từ hệ thống này sang hệ thống khác ( Energy can, however, be converted from one form to another or transferred from a system to the surroundings or vice versa.) 3 Chemical Thermodynamics Các quá trình tự phát (Spontaneous Processes) • Quá trình tự phát là quá trình có thể xảy ra không có sự tác động của yếu tố bên ngoài (Spontaneous processes are those that can proceed without any outside intervention.) • Khí trong bình B sẽ tự phát chuyển qua bình A, nhưng sẽ không xảy ra trường hợp ngược lại ( The gas in vessel B will spontaneously effuse into vessel A, but once the gas is in both vessels, it will not spontaneously) 4 Chemical Thermodynamics Các quá trình tự phát (Spontaneous Processes) Quá trình tự phát xảy ra theo một hướng và không tự phát theo hướng ngược lại (Processes that are spontaneous in one direction are onspontaneous in the reverse direction.) 5 Chemical Thermodynamics Các quá trình tự phát (Spontaneous Processes) • Quá trình tự phát ở một nhiệt độ nào đó nhưng không tự phát ở nhiệt độ khác (Processes that are spontaneous at one temperature may be nonspontaneous at other temperatures.) • Ở 0°C nước đá tự tan chảy (Above 0°C it is spontaneous for ice to melt.) • Dưới 0°C quá trình ngược lại là tự phát (Below 0°C the reverse process is spontaneous.) 6 Chemical Thermodynamics Các quá trình thuận nghịch Reversible Processes Trong một quá trình thuận nghịch hệ thống thay đổi theo cách hệ thống và môi trường xung quanh có thể trở lại trạng thái ban đầu bởi quá trình thuận nghịch (In a reversible process the system changes in such a way that the system and surroundings can be put back in their original states by exactly reversing the process) Sự thay đổi là rất nhỏ ở quá trình thuận nghịch (Changes are infinitesimally small in a reversible process.) 7 Chemical Thermodynamics Quá trình bất thuận nghịch Irreversible Processes • Quá trình bất thuận nghịch không thể thực hiện quá trình ngược lại khi hệ thống thay đổi (Irreversible processes cannot be undone by exactly reversing the change to the system) • Tất cả các quá trình tự phát đều là bất thuận nghịch (All Spontaneous processes are irreversible) • Tất cả các quá trình xảy ra thực tế là bất thuận nghịch (All Real processes are irreversible ) 8 Chemical Thermodynamics Entropy • Entropy ( S) là thuật ngữ được Rudolph Clausius đặt ra vào thế kỷ 19 (Entropy (S) is a term coined by Rudolph Clausius in the 19th century.) • Clausius đã xác định ý nghĩa của tỷ lệ nhiệt lượng và nhiệt độ ở quá trình trao đổi nhiệt (Clausius was convinced of the significance of the ratio of heat delivered and the temperature at which it is delivered) q T 9 Chemical Thermodynamics Entropy • Entropy có thể xem như sự đo lường tính chất hổn loạn của hệ thống ( Entropy can be thought of as a measure of the randomness of a system.) • Nó có liên quan đến các dạng chuyển động của các phân tử (It is related to the various modes of motion in molecules.) 10 Chemical Thermodynamics Entropy • Gọi tổng năng lượng là E, và enthalpy là H , entropy (S)là hàm trạng thái (Like total energy, E, and enthalpy, H, entropy is a state function) • Cho nên (Therefore, ) ∆S = S final − S initial S final= Entropy giaiđoạn cuối, S initial = Entropy giai đoạn đầu [...]... Dung dịch hoặc chât hòa tan được tạo ra từ chất rắn + Số lượng phân tử khí tăng + Số lượng phân tử tăng • In general, entropy increases when  Gases are formed from liquids and solids  Liquids or solutions are formed from solids  The number of gas molecules increases  The number of moles increases 23 Chemical Thermodynamics Định luật 3 nhiệt động học Third Law of Thermodynamics Entropy của chất kết... phân tử (Entropy on the Molecular Scale) • Ludwig Boltzmann đã mô tả khái niêm entropy ở mức phân tử (Ludwig Boltzmann described the concept of entropy on the molecular level) • Nhiệt độ là sự đo lường năng lượng chuyển động trung bình của các phân tử (Temperature is a measure of the average kinetic energy of the molecules in a sample) 15 Chemical Thermodynamics Entropy ở mức phân tử (Entropy on the Molecular... particular instant in time) • Ông ta cho rằng trường hợp này tương tự như một trạng thái của hệ thống nhiệt động học ( He referred to this sampling as a microstate of the thermodynamic system.) 17 Chemical Thermodynamics Entropy ở mức phân tử (Entropy on the Molecular Scale) • Mỗi một trạng thái nhiệt động học đều có giá trị số riêng của trạng thái, W, tương ứng với nó (Each thermodynamic state has a specific... process occurring at constant temperature (an isothermal process) qrev = Lượng nhiệt trao đổi khi quá trình xảy ra ở nhiệt độ không đổi (The heat that is transferred when the process is carried out reversibly at a constant temperature.) T = Nhiệt độ Kelvin (temperature in Kelvin) Chemical 11 Thermodynamics Định luật 2 nhiệt động học Second Law of Thermodynamics The second law of thermodynamics: Entropy... Nhiệt lượng di chuyển vào hoặc ra khỏi hệ thống cũng làm thay đổi S của môi trường bên ngoài (Heat that flows into or out of the system also changes the entropy of the surroundings) • Đối với quá trình đẳng nhiệt (For an isothermal process) 29 Chemical Thermodynamics Môi trường và hệ thống (Surroundings & system) Sự biến đổi entropy ở môi trường xung quanh (Entropy Changes in Surroundings) • Nhiệt lượng. .. Thermodynamics Môi trường và hệ thống (Surroundings & system) = – Gibbs Free Energy Cân bằng này tương tự (Make this equation nicer) 34 Chemical Thermodynamics …Gibbs Free Energy −T∆Suniverse được xem như năng lượng tự do Gibbs (T∆Suniverse is defined as the Gibbs free energy, ∆G) Đối với quá trình tự phát (For spontaneous processes) ∆Suniverse > 0 Và do đó (And therefore) ∆G < 0 ∆G is easier to determine... Entropies • Có các giá trị entropy phân tử của các chất trong trạng thái tiêu chuẩn (These are molar entropy values of substances in their standard states) • Entropy tiêu chuẩn tăng theo sự tăng khối lượng phân tử (Standard entropies tend to increase with increasing molar mass.) 26 Chemical Thermodynamics Entropy tiêu chuẩn Standard Entropies Tổ hợp các phân tử lớn có entropy lớn nhất (Larger and more... states)-> S lớn (more entropy ) 19 Chemical Thermodynamics Entropy ở mức phân tử (Entropy on the Molecular Scale) • Giá trị của trạng thái, do đó, entropy tăng theo sự tăng của : + Nhiệt độ +Thể tích + Số lượng các phân tử chuyển đông độc lập (The number of microstates and, therefore, the entropy tends to increase with increases in  Temperature  Volume (gases)  The number of independently moving molecules... Thermodynamics Entropy của chất kết tinh hoàn toàn ở nhiệt độ không tuyệt đối là bằng không (The entropy of a pure crystalline substance at absolute zero is 0) 24 Chemical Thermodynamics Định luật 3 nhiệt động học Third Law of Thermodynamics Entropy của chất kết tinh hoàn toàn ở nhiệt độ không tuyệt đối là bằng không (The entropy of a pure crystalline substance at absolute zero is 0) Entropy: Smiles for stab . ĐỘNG HỌC TRONG SINH HỌC 2 Chemical Thermodynamics Định luật 1 nhiệt động học (First Law of Thermodynamics) • Chúng ta biết rằng năng lượng không thể tự sinh. destroyed). • Vì vậy, tổng năng lượng của vũ trụ là hằng số ( Therefore, the total energy of the universe is a constant.) • Năng lượng có thể chuyển đổi từ