Zasady termodynamiki w

procesach biologicznych

Układ termodynamiczny

• Układ termodynamiczny jest częścią

przestrzeni materialnej ograniczonej
brzegiem od otoczenia

• Układ termodynamiczny to brzeg

materialny lub abstrakcyjny

Rodzaje układów

termodynamicznych

• Ze względu na rodzaj brzegu

wyróżniamy:

a)Układ izolowany (brak wymiany

energii i materii)

b)Układ zamknięty (brak wymiany

materii)

c)Układ otwarty (wymiana materii i

energii)

Układ otwarty

• układ pierwszego typu – układy zbliżone

do stanu równowagi termodynamicznej

• układ drugiego typu – układy w których

prędkość dopływu energii nie jest
większa od prędkości jej rozpraszania
(dyssypacji)

• układ trzeciego typu – układy w których

prędkość dopływu energii jest większa
od prędkości dyssypacji

Funkcja stanu

•   funkcja stanu jest wielkością

fizyczną określającą stan układu:

• a) energia wewnętrzna
• b) entalpia
• c) entropia
• d) energia swobodna
• e) entalpia swobodna
• f) potencjał chemiczny

Parametry stanu

Parametrami stanu są wielkości

fizyczne opisujące zależności między
poszczególnymi funkcjami stanu:

• Temperatura
• Objętość
• Ciśnienie
• Masa

Proces termodynamiczny

• przejście układu termodynamicznego

z jednego stanu równowagi w drugi.

Rodzaje procesów

termodynamicznych

• procesy odwracalne – przebiegają w

dowolnym kierunku a po powrocie do
stanu wyjściowego nie zostawiają zmian
w otoczeniu

• procesy nieodwracalne- zachodzą w

określonym kierunku i powodują zmiany
w otoczeniu (układy biologiczne)

• bodźce termodynamiczne (∆p, ∆T, ∆V)

Pierwsza zasada

termodynamiki

- zasada zachowania energii

• Przyrost energii wewnętrznej układu

zamkniętego (∆U) jest równy sumie

dostarczonego ciepła ∆Q i wykonanej pracy

∆W

∆U = ∆Q + ∆W

• Dla przemiany izochorycznej (∆V = 0) i przy

braku pracy ∆W = 0 całe dostarczone ciepło

przekształca się na wzrost energii

wewnętrznej

∆U = ∆Q

Pierwsza zasada

termodynamiki

- zasada zachowania energii

c.d.

• W przemianie izobarycznej (∆p=0) układ wykonuje

pracę objętościową (p∆V) konieczną dla

zachowania ciśnienia (∆p=0)

∆Q = ∆U + p∆V

• gdzie ∆U + p∆V jest funkcją stanu zwaną entalpią

(H) czyli:

∆Q = ∆H

• Rozróżnianie energii wewnętrznej (∆U) i entalpii

(∆H) jest konieczne w przypadku gazów natomiast

dla ciał stałych i cieczy praktycznie mamy ∆U = ∆H

Procesy egzotermiczne i

endotermiczne

• Ciepło które układ wymienia z otoczeniem

ma szczególnie znaczenie dla reakcji

chemicznych

• Zmiana energii wewnętrznej układu (∆U) lub

entalpii (∆H) jest miarą tzw. ciepła reakcji

• Gdy ∆U lub ∆H jest <0 tzn. układ oddaje

ciepło do otoczenia mamy do czynienia z

reakcją egzotermiczną

• Gdy ∆U lub ∆H >0 tzn. układ pobiera ciepło z

otoczenia mamy do czynienia z reakcją

endotermiczną

Termodynamika

Nierównowagowa