MC_OMEN

OPRACOWANIE

PYTAŃ

BIOFIZYKA

MC_OMEN

MC_OMEN

1. Pierwsza zasada termodynamiki

dQ

dW

dU





2. Średnia energia na cząsteczkę

T

ik

B

2

1







3. Energia układu zawierającego n moli gazu

inRT

U

2

1



4. Przykłady stopni swobody:

He – i=3
N_2,O_2 – i=5
NH_4,CO_2 – I>=6

5. Pojemność cieplna

x

x

dT

dQ

C

)

(



6. Cieplo w przemianie izohorycznej

iR

c

v

2

1



7. Ciepło w przemianie izobarycznej

R

i

c

p

)

2

(

2

1





8. Prawo Hessa

Ciepło reakcji chemicznej nie zależy od sposobu jej przeprowadzenia, a tylko od stanu początkowego i
końcowego reagentów.

9. Entropia

)

ln(W

k

S

B



Gdzie W – prawdopodobieństwo termodynamiczne

10. Przeliczenie prawdopodobieństwa termodynamicznego na zwykłe pradopodobieństwo





i

i

W

W

P

11. Wzrost entropi względem ciepła w ujęciu termodynamiki fenomenologicznej

dQ

T

dS

1



12. II zasada termodynamiki

W procesie nieodwracalnym, do wzrostu entropii w danej temperaturze przyczynia się nie tylko ciepło

doprowadzone z zewnątrz (e) , ale także ciepło rozproszone w układzie nieodrwacalnym, tzw ciepło
nieskomensowane (i)

i

e

i

e

dS

dS

dQ

T

dQ

T

dS









1

1

W procesach rzeczywistch suma entropii układu i otoczenia nie może się zmniejszać

13. Organizm żywy to układ otwarty w stanie stacjnoarnym.
14. Szybkość zmian entropii

0







dt

dS

dt

dS

dt

dS

i

e

15. Źródło (produkcja) entropii

MC_OMEN

dt

dS

dV

i

1





16. Zasada Prigogine’a

W stanie stacjonarnym układu otwartego produkcja entropii utrzymuje się na stałym poziomie,

const





, przjmując jednocześnie najmniejszą wartość

17. Entropia żywego organizmu:

Faza pierwsza, okres życia płodowego i młodośd to czas specjalizowania się komórek, porządkowania
układu, opisywany na wykresie funkcją malejącą entropii, przy jednocześnie znacznej wartości bezwzględnej
szybkości zmian entropii (tangens nachylenia stycznej do wykresu do osi czasu). W przedziale wieku od ok.
20 do 60 roku życia (umowne granice) wykres wskazuje na stały poziom entropii, co odpowiada produkcji
entropii bliskiej 0. W koocowej fazie procesy generujące entropię zaczynają przeważad i przebieg wykazuje
charakter rosnący, aż do momentu gdy dezorganizacja układu uniemożliwi jego funkcjonowanie.

18. Praca wykonywana przez układ (z I zas termodynamiki)

dQ

dU

dW









19. Rownanie z II zas termodynamiki

TdS

dQ



20. Funkcja stanu energii swobodnej (Helmholtza)

TS

U

F





21. Praca wykonana przez układ w procesie izotermicznym (dT=0)

dF

TS

U

d

dW













)

(

22. Entalpia swobodna, proces izotermiczno-izobaryczny

Jest to potencjał termodynamiczny, inaczej nazywany funkcja Gibbsa

TS

H

G





23. Zmiana entalpii swobodnej w procesach endo,egzo-ergicznych:

TdS

dG





1

2

ln

p

p

nRT

dW

dG





24. Zmiana entropii w procesach endo,egzo-erginczych

1

2

1

2

ln

ln

p

p

nR

V

V

nR

dS







25. Zmiana etropii i entalpi swobodnej w procesie krzepnięcia wody

MC_OMEN

26. Typowy proces egzoergiczny zachodzący w żywych organizmach – proces spalania glukozy

O

H

CO

O

O

H

C

2

2

2

6

12

8

6

6

6









27. Warunki egzo,endo ergiczności

0



dG

- egzoergiczny

0



dG

- endoergiczny

28. Procesy endoergiczne mogą zachodzić w organizmie tylko w sprzężeniu z procesami egzoregicznymi

np:

woda

sacharoza

fruktoza

glukoza







Reakcja ta przechodzi w dwóche etapach:

4

1

1

PO

sacharoza

fruktoza

fosforan

glukozo

ADP

fosforan

glukozo

glukoza

ATP





















29. Potejcnał chemiczny

Pochodna cząstkowa energii wewnętrznej po liczbie cząstek, przy stałej objętości i entropii układu.
Może być definiowany jako pochodna innej funkcji stanu,: entalpii, energii swobodnej czy entalpii
swobodnej po liczbie cząstek.

30. Stosunek ciśnienia parcjalnego

i

i

i

x

n

n

p

p





Jest to ułamek molowy substancji w mieszaninie.

31. Entalpia swobodna ‘i-tego’ składnika w roztworze

i

i

i

i

x

RTn

G

G

ln

0







Gdzie

0

i

G

- entalpia swobodna substancji w stanie czystym

32. Potencjał chemiczny (wzór)

i

j

n

T

p

i

i

i

n

G

x

RT







,

,

)

(

ln







MC_OMEN

Gdzie G



- infinitezymalna zmiana entalpii swobodnej wywoływana niewielką zmiany

i

n



liczby moli

substancji w warunkach niezmienności ciśnienia, tempartury i innych składników.

33. Potencjał chemiczny (inny wzór)

i

ii

i

x

RT ln

0









34. Sens fizyczny potencjału chemicznego

Jest to miara pracy dW, wykonana przez układ przy zmianie liczby moli –tego składnika mieszaniny o 1
w warunkach izotermiczno- izobarycznych.

35. Stan równowagi

Stan równowagi zachodzi jeżeli potencjały chemiczny substancji są w całej objętości jednakowe.

0

2

2

1

1

2

1











dn

dn

dG

dG

dG





36. Warunek istatniea dwóch faz

Dwie fazy mogą współistnieć w stanie równowagi termodynamicznej wtedy gdy ich potencjały są
jednakowe.

37. Zjawiska transportu:

38. Dyfuzja

Współczynnik dyfuzji, jest zależny od temperatury, lepkości ośrodna oraz promiania cząstki
dyfuncującej zgodnie z zależnością:

r

T

k

D

B



6



39. Dyfuzja przez błonę

MC_OMEN

w poprzek błony następuje przepływ substancji z obszaru o większym stężeniu do obszaru o mniejszym
stężeniu. Błona jest obiektem o znikomej grubości.

40. Równanie Ficka dla dyfuzji przez błonę:

A

dx

c

c

D

dt

dn

)

(

1

2







Gdzie:

P

dx

D



- przepuszczalność błony (wartość charakterystyczna) [m/s]

41. Osmoza

Wtedy gdy własności błony pozwalają tylko na transport cząsteczek rozpuszsczalnika (najczęściej
wody)

Dla przykładu powyżej, praca powiększania potencjału chemicznego:

dV

dW













2

2

'

Stąd cisnienie osmotyczne możemy zapisać jako:

2

1

1

ln

n

n

n

dV

RT









Dla słabych roztworów

2

1

n

n



zatem

1

2

1

)

ln(

n

n

N

n





, tak więc ciśnienie osmotyczne w tym przypadku

zależy tylko od stężenia substancji rozpuszconej..

42. Prawo van’t Hoffa

m

RTc





Ciśnienie osmotyczne zależy tylko od stężenia substancji rozpuczonej

43. Pomiar ciśnienia osmotycznego w oparciu o pomiar ciśnienia hydrostatyczneg

MC_OMEN

44. Równanie transportu:

i

i

i

X

L

J



Gdzie, J – strumień, X- bodziec termodynamiczny, L – współczynnik proporcjonalności (wsp.
Fenomenologiczny).

45. Równanie transportu w układach rzeczywistch,
Opisywane przez n-równań stylu:

n

nn

n

n

n

X

L

X

L

X

L

J









...

2

2

1

1

Równania tego typu używa sięgdy jeden przepływ generuje drugi itp.

46. Przewodnictwo cieplne jako proces transportu w zjawisku termodyfuzji

Z przepływem energii J1 jest sprzężony przepływ materii J2’ – termodyfuzja, z kolei ta termodyfuzja generuje

bodziec w postaci gradientu stężeń – do obszaru zimnego napływa coraz więcej cząsteczek z obszaru ciepłego.
Odpowiedzią na ten bodizec jest przepływ materii J2 wywołany różnicą stężeń , czyli dyfuzja. A przemieszane

cząsteczki unoszą ze sobąenergiędając wsteczny transporty energii J1’ wywołany różnicą stężeń, zwany

efektem Dufoura.

J1 i J2 – przepływy niszczące bodźce, tworzące entropię

J1’ i J2’ – przepływy sprzężone zmniejszające entropię i generujące nowe podźce , podtrzymujące bodźce

pierwotne.

47. Zjawiska fizyczne i powiązane z nimi procesy krzyżowe

MC_OMEN

48. Potencjał elektrochemiczny

F

z

x

RT

F

z

i

i

i

i

i





















ln

'

0

1

Gdzie F – stałą Faradaya, z- wartościowość jonu, fi – potencjał elektryczny

49. Mechanizm procesu pobudzenia komórek nerwowych i mięśniowych

[Bodziec] Różnica potencjałów elektrochemicznych



[Skutek] Różnica potencjałów elektrycznych

(potencjał elektrodowy, dyfuzyjny, błonowy)



[Skutek’] Stan polaryzacji lub przepływ prądu.

50. Potencjał elektrodowy

Powstaje na pograniczu metal-elektrolit

zF

RT

Inc

V

V

E

Met

1

0

1

















Ogniwo stężeniowe to deltaV_1 – deltaV_2

51. Potencjał dyfuzyjny

Powstaje na granicy zetknięcia roztworów elektrolitów o różnych stężeniach i różnych ruchliwościach
kationów i anionów

jest to wzór Hendersona

MC_OMEN

52. Potencjał błonowy, powstaje gdy elektrolity o różnych stężeniach rozdziela błona nie przepuszcająca

jonów jenego znaku.

53. Potencjały (rysunki)

54. Energia potencjalna oddziaływania w cząsteczce dwuatomowej

MC_OMEN

I -

b

E

E

U





0

II – powstanie stanu związanego, odpowiadającego minimum energetycznemu krzywej oddziaływania

III – zaczynają dominować siły wzajmenego odpychania się jąder atoomowych i chmur elektronów na zbyt

bliskiej odległości

Trwały związek powstanie dla odległości zbliżonych do R_0, Energia odpowiadająca położeniu minimum

D_0 nosi nazwę energii wiązania

55. Wiązanie kowalencyjne :powstaje przez uwspólnienie pary elektronów walencyjnych tak, że

elektronowa gęstośc prawdopodobieństwa jest maksymalna w obszarze pośrodku między atomami.

56. Wiązanie kowalencyjne spolaryzowane – wiązanie kowalencyjne, ale chmura elektronowa jest

nierównomiernie podzielnoa między atomami, elektrony spędzają wiecej czasu w poblizu atomu
bardziej elektroujemnego, skutkiem jest trwały moment dipolowy cząsteczki

57. Wiązanie koordynacjne – wiązanie kowalencyjne, w którym oba elektrony pochodzą od jednego

pierwiastka

58. Wiązanie metaliczne – wiązanie kowalencyjne rozszreone na większągrupęatomów, które uwspólniaja

elektrony walencyjne tworząc tzw. Gaz elektronowy.

59. Wiązanie jonowe – polega na przeniesieniu jednego lub kilku elektronów walencyjnych pierwiastka

bardziej elektroujemnego. Powstaje para jonów o przeciwnych znakach przyciągająca się
elektrostatycznie

60. Wiązanie wodorowe – powstaje między atomem wodoru jednej molekuły a lekkim atomem

elektroujemym drugiej molekuły.np:

MC_OMEN

61. Wiązanie Van der Waalsa – powstaje między cząśteczkami w których występuje trwały lub indukowany

moment dipolowy np woda.

62. Potencjał lennarda-Jonesa

63. Reakcja chemiczna

Przemiana jednych substancji chemicznych w inne, które mają odmienne właściwości chemiczne

64. Reakcja analizy – rozkład substancji na substancje protsze, może zachodzi pod wpływem czynników

zewnętrznych

65. Reakcja syntez – powstwanie substancji bardziej złożonej z prostzych
66. Reakcja wymiany pojedńczej lub podwójnej – wymianie ulegają atomy lub grupy atomów
67. Reakcja addycji – reakcja syntezy polegająca na łączeniu się dwóch cząsteczek organicznych w jedną

zachodząca ze zmnijszeniem krtności wiązania wielokrotnego

68. Reakcja eliminacji- prowdzi do zwiększenia krotności wiązanai chemicznego
69. Kierunek reakcji

O kierunku reakcji decyduje znak zmiany entalpii swobodnej produktów względem substratów, jezeli
jest mniejsza od 0 to zachodzi od lewej do prawej, jezeli wieksza od zera – od prawej do lewej, jezeli
jest równa zero – nie zachodzi

70. Stan równowagi reakcji

71. Stała równowagi

72. Równanie izotermy van’t Hoffa

MC_OMEN

73. Krzywa entalpii swobodnej

74. Szybkość reakcji wyraża tempo zmniejszania się stężenia substratów i jednocześnie temopo wzrostu

stężęnia produktów.

75. Stała szybkości k:

76. Katalizaotr – substancja która nie beirze udziału w reakcji ale ułatwia jej przebieg

77. Równanie Michaelisa-Menten

Gdiz K_M – stała Michaelis-Menten – stężenie przy którym prędkość reakcji wynosi ½ V_max