Đang tải... (xem toàn văn)
Sinh vật = vật sống, vật có sự sống Sự sống theo Mednhicov: “ sự duy trì và tự tái tạo một cách tích cực các cấu trúc đặc thù kèm theo tiêu tốn năng lượng” Các tính chất đặc trưng của sự sống Có cấu trúc phức tạp và tổ chức tinh vi: cơ thể sinh vật cũng được tạo nên từ các nguyên tố hóa học trong tự nhiên nhưng cấu trúc bên trong vô cùng phức tạp bao gồm vô số các hợp chất hóa học. Có sự chuyển hóa năng lượng phức tạp: thu nhận năng lượng từ môi trường ngoài và biến đổi nó để xây dựng và duy trì tổ chức phức tạp đặc trưng cho sự sống. Thông tin của sự sống thì ổn định, chính xác và liên tục: liên quan đến các quá trình sống chủ yếu như sinh sản, phát triển, tiến hóa và các phản ứng thích nghi.Một số quá trình nhiệt động Quá trình biến đổi trạng thái Phương trình MendeleevClapeyron pV = nRT R – 8.31 Jmol.K 0 hằng số khí lý tưởng A – đẳng áp Entanpi: H = U + pV dH = dU + d(pV) B – đẳng tích C – đẳng nhiệtCÁC NGUYÊN LÝ NHIỆT ĐỘNG TRONG HỆ SỐNG Phương pháp nghiên cứu – thống kê Phương pháp nhiệt động Nguyên lý số 0 nếu hai hệ cân bằng nhiệt với một hệ thứ ba thì chúng ở trạng thái cân bằng nhiệt với nhau ứng dụng:CÁC NGUYÊN LÝ NHIỆT ĐỘNG TRONG HỆ SỐNG Định luật bảo toàn và biến đổi năng lượng: “Năng l ượng không tự nhiên xuất hi ện và không thể biến mất, nó chỉ biến đ ổi t ừ dạng này sang dạng khác” Lomonosov 1774, Hexo 1836, Jun 1877 Nguyên lý thứ nhất: “Nhiệt l ượng Q mà hệ nhận đ ược trong một quá trình bất kỳ sẽ bằng công A mà hệ sinh ra cộng với sự biến đ ổi nội năng U của hệ” Đối với hệ kín Q = A + U ►Q > 0 Khi hệ thu nhiệt ►Q < 0 Khi hệ mất nhiệt
NHIỆT ĐỘNG HỌC CỦA CƠ THỂ SỐNG Hệ nhiệt động theo mối quan hệ với môi trường: Isolated system Closed system Open system Sinh vật = vật sống, vật có sống Sự sống theo Mednhicov: “ trì tự tái tạo cách tích cực cấu trúc đặc thù kèm theo tiêu tốn lượng” Các tính chất đặc trưng sống Có cấu trúc phức tạp tổ chức tinh vi: thể sinh vật tạo nên từ nguyên tố hóa học tự nhiên cấu trúc bên vô phức tạp bao gồm vô số hợp chất hóa học Có chuyển hóa lượng phức tạp: thu nhận lượng từ môi trường ngồi biến đổi để xây dựng trì tổ chức phức tạp đặc trưng cho sống Thơng tin sống ổn định, xác liên tục: liên quan đến trình sống chủ yếu sinh sản, phát triển, tiến hóa phản ứng thích nghi Cơ thể sống hệ nhiệt động mở, dị thể Các thông số trạng thái hệ Nhiệt độ T ( thang nhiệt độ ) Áp suất P ( đơn vị ) Thể tích V Nội U Nồng độ C Entropi S Thế hóa học µ … Thông số cường độ P, C, ε, µ Thơng số khuyếch độ ( system size ): m, U, H, S, V, E Thơng số q trình Nhiệt lượng Q Công học A Quy ước dấu với công nhiệt: Trong nhiệt động: A>0 hệ sinh công, Q>0 hệ thu nhiệt Trong nhiệt hóa ký hiệu nhiệt lượng q q>0 hệ tỏa nhiệt, q>> lượng khả làm thay đổi trạng thái thực công lên hệ vật chất Đơn vị: Jun, Calo, kW.h, eV … kg.m2.s-2 Năng lượng trọng trường gồm: Động năng, Thế năng, Nội Chu trình Carnot “Hiệu suất tất máy nhiệt hoạt động theo chu trình Carnot thuận nghịch khơng phụ thuộc vào cấu tạo máy mà phụ thuộc nhiệt độ nguồn nóng nguồn lạnh” η = A/Q = (T1 – T2)/T1 >>>>> η < “Tất chu trình khơng thuận nghịch có hiệu suất nhỏ chu trình thuận nghịch hoạt động hai nguồn nhiệt.” Entropi gì? Định nghĩa 1: Entropy - Nhiệt rút gọn Q/T – nhiệt rút gọn Tổng đại số nhiệt rút gọn chu trình Carnot “thuận nghịch” Entropy – hàm trạng thái, đặc trưng cho trạng thái hệ Quan tâm đến biến thiên entropy giá trị tuyết đối Sự biến thiên entropy q trình thuận nghịch có giá trị tổng nhiệt rút gọn Biến thiên Entropy trình thuận nghịch Ở trình thuận nghịch đẳng nhiệt ΔS = S2 – S1 = dQ/T Ở trình thuận nghịch đoạn nhiệt ΔS = Biến thiên Entropy trình bất thuận nghịch ΔS > ΔS > dQ/T ∫ Entropy đặc trưng cho tính chiều, tính bất thuận nghịch trình Định nghĩa 2: Entropy – mức độ hỗn loạn hệ Entropy đặc trưng cho mức độ hỗn loạn hệ, “thước đo” độ bất trật tự hệ Xác suất nhiệt động ω: số trạng thái vi mô tương ứng với trạng thái vĩ mô hệ S = k lnω Entropi gì? Entropi – mũi tên thời gian Entropi – mức độ hỗn độn nguyên tử Các hàm nhiệt động Entanpi nội H(S,p) = U + pV; dH = dU + d(pV) U = U(S,V); dQ = dU + dA >> dU = TdS – d(pV) Năng lượng tự F(T,V) = U – TS; dF = dU - TdS Thế nhiệt động Gibbs – Entanpi tự G(T,p) = U – TS + pV; G = F + pV; G = H - TS ΔG = ΔH - TΔS Điều kiện tự diễn biến hệ ( phản ứng ) Hệ tự phát dS> dQ/T Với V = const dU = dQ – PdV = dQv dS> dU/T >>> dU – TdS < Với P = const dQ = dH dS > dH/T Với P, T = const dG = dH – TdS – SdT = dH – TdS >>> (dG)T,P < Ứng dụng nguyên lý II Cho thấy khả năng, chiều hướng giới hạn trình: gradient Quá trình diễn làm tăng entropy hệ cân bằng: trình tự diễn trình tự tiến tới hỗn loạn Hệ thống sống hệ có cấu trúc trật tự cao, có áp dụng NL II khơng? Thay đổi Entropy hệ thống sống Hệ thống sống: có trật tự cao khả sinh cơng, Entropi không cực đại lượng tự không cực tiểu dSe gây tương tác với môi trường xung quanh dSi gây thay đổi bên hệ dS = dSe + dSi Hệ cô lập dSe = >> dS >0 Công thức Prigogine dS/dt = dSe /dt + dSi /dt ( = cân dừng ) Trạng thái Cân nhiệt động Trạng thái Cân dừng Hệ kín / lập Hệ mở, có dòng vật chất, lượng vào Không tồn gradient Tồn loại gradient Tốc độ pu thuận = tốc độ pu nghịch Tốc độ pư thuận pư nghich khác F = 0, hệ khơng có khả sinh công F khác không hăng số (ΔF = 0), hệ có khẳ sinh cơng Entropy max Entropy khác không hăng số Vấn đề bỏ ngỏ Q trình tự diễn tiến diễn nào? Có q trình khác hệ diễn song song, nối tiếp hay có quan hệ phức tạp khác? Tham khảo: Lý Sinh học Nguyễn Thị Kim Ngân 1999 Chương Lý sinh học Phan Sỹ An, NXB Y học, 2005 Chương Cơ sở vật lý: tập Nhiệt học D Halliday NXB Giáo dục 1998 Giáo trình Nhiệt học Nguyễn Huy Sinh NXB Giáo dục, 2009 Chương 2, Chương ... thành nhiệt nhiệt biến phần thành cơng, phần khơng thể tránh khỏi, bị mát cho môi trường Q>A Động nhiệt Động nhiệt động phần lượng nhiên liệu bị đốt cháy chuyển hóa thành Các loại động nhiệt: ... nghiên cứu – thống kê Phương pháp nhiệt động Nguyên lý số hai hệ cân nhiệt với hệ thứ ba chúng trạng thái cân nhiệt với ứng dụng: CÁC NGUYÊN LÝ NHIỆT ĐỘNG TRONG HỆ SỐNG Định luật bảo toàn... công nhiệt: Trong nhiệt động: A>0 hệ sinh công, Q>0 hệ thu nhiệt Trong nhiệt hóa ký hiệu nhiệt lượng q q>0 hệ tỏa nhiệt, q