IV Стехиометрические расчеты

Основные характеристики образца вещества - масса, объем, количество вещества, единицы их измерения и связь между ними.

Моль - единица измерения количества вещества. Молярная масса, постоянная Авогадро. Численное совпадение относительной молекулярной и молярной масс (доказательство). Молярный объем газов и жидкостей, определение его величины.

Способы отмерения нужного количества вещества по массе и объему.

Количественная информация, связанная с индексами в химической формуле вещества. Расчеты по химическим формулам - определение количества, массы и массовой доли химических элементов и других структурных единиц в образце вещества.

Уравнение химической реакции как отражение закона сохранения количества атомов каждого вида и их массы в ходе реакции. Физический смысл стехиометрических коэффициентов. Основное расчетное уравнение. Опорное вещество в данном расчете, его выбор.

Растворы - определение, растворитель и растворенное вещество, концентрированные и разбавленные, насыщенные и ненасыщенные растворы. Концентрация раствора как характеристика его состава. Способы выражения концентрации раствора - весовые (массовая доля) и объемные (молярная (моль/л) и весовая (г/л)) концентрации. Уравнения пересчета между разными видами концентраций. Методика проведения расчетов при приготовлении растворов с заданным видом концентрации на основе безводного вещества, кристаллогидрата соли. Методика расчетов при разбавлении концентрированных растворов до заданной концентрации. Примеры расчетов.

V Элементы химической термодинамики

Задачи химической термодинамики.

Основные понятия и определения:

• термодинамические системы и их виды;

• компоненты системы;

• фаза, гомогенные и гетерогенные системы;

• состояние системы, параметры и функции состояния, равновесные и стационарные состояния;

• термодинамический процесс и его виды; стандартные условия.

Человеческий организм с точки зрения основных понятий термодинамики. Состояние гомеостаза и его основные характеристики.

Первое начало термодинамики. Внутренняя энергия, теплота, работа - свойства, правило знаков. Формулировка первого начала и его применение к изобарическим процессам. Энтальпия системы. Закон Гесса. Экзотермические и эндотермические процессы. Энтальпии образования веществ. Расчет стандартных тепловых эффектов химических реакций по справочным данным. Термохимические уравнения реакций.

Пища как источник энергии живого организма, основные компоненты пищи. Использование закона Гесса для обоснования расчета калорийности основных компонентов пищи на основе калориметрических измерений. Расчет калорийности углеводов по справочным данным на примере реакций аэробного окисления глюкозы и сахарозы. Калорийность белков, жиров и углеводов, принципы рационального питания и методика расчета необходимых количеств основных компонентов пищи в соответствии с энергозатратами организма.

Второе начало термодинамики. Естественные (самопроизвольные) процессы. Энтропия системы как мера ее неупорядоченности, ее свойства. Изменение энтропии веществ при изменении их агрегатного состояния и температуры. Изменение энтропии в открытых системах, энтропия стационарных состояний (живые организмы). Расчет изменения энтропии химических реакций по справочным данным.

Формулировка критерия самопроизвольного протекания термодинамического процесса и его частные случаи - процессы в изолированных системах (DS ³ 0) и изотермо-изобарические процессы (энергия Гиббса, DG < 0). Расчет изменения энергии Гиббса для химических реакций, идущих в стандартных условиях и при повышенных температурах, по справочным данным. Энтальпийный и энтропийный факторы, определяющие возможность самопроизвольного протекания химической реакции в изотермо-изобарических условиях. Определение термодинамической возможности реакций фотосинтеза и окисления глюкозы кислородом. Кинетические ограничения на возможность протекания реакции и роль катализаторов.

Основы биоэнергетики. Сопряжение биохимических реакций как основа процессов метаболизма в живых организмах, макроэргические соединения (АТФ). Отличие индуктора (макроэргические соединения) от катализатора (ферменты). АТФ как связующее звено между процессами катаболизма и анаболизма («Колесо жизни») – гидролиз АТФ, сопряженный с процессами биосинтеза, и синтез АТФ, сопряженный с аэробным окислением глюкозы. КПД переноса энергии Гиббса окисления глюкозы в энергию макроэргических связей АТФ. Масса АТФ в организме человека и его суточный оборот.

Химическое равновесие - его признаки. Положение химического равновесия, связь между равновесными концентрациями участников реакции через константу равновесия. Принципы расчета константы равновесия и состава равновесной смеси по справочным данным и известному начальному составу реакционной смеси.

Способы смещения положения равновесия при изменении внешних условий протекания реакции (температуры, давления в случае участия в реакции газообразных веществ, внешнего изменения состава реакционной смеси). Принцип Ле Шателье.