SEMMELWEIS EGYETEM. Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet, Nanokémiai Kutatócsoport. Zrínyi Miklós
|
|
- Márk Bogdán
- 5 évvel ezelőtt
- Látták:
Átírás
1 SEMMELWEIS EGYETEM Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet, Nanokémiai Kutatócsoport Biofizikai termodinamika (Bio-termodinamika) Zrínyi Miklós egyetemi tanár, az MTA rendes tagja
2 U = Q+ W A termodinamika a fizikának a hőjelenségekkel foglalkozó ágából mára az energetikai kölcsönhatások folytán fellépő egyensúlyok és folyamatok tudományává vált. James Watt ( ) skót feltaláló Fő feladata: -a változások és átalakulások irányának és az egyensúlyi végállapot felé való törekvésének értelmezése, valamint - az egyensúlyt és a hozzá vezető folyamatot befolyásoló tényezők felderítése.
3 Fenomenologikus- és statisztikus termodinamika Fő feladata: a kölcsönhatások folytán fellépő változások és átalakulások irányának, mozgató erőinek, és befolyásoló tényezőinek felderítése. Törvényei általánosíthatók biológiai-, társadalmi-, gazdasági-, pénzügyi- és egyéb rendszerekre.
4 TERMODINAMIKAI RENDSZER Kölcsönható termodinamikai testek Szigetelés, vagy kölcsönhatás a környezettel
5 Termodinamikai rendszerek típusai környezeti kapcsolatuk alapján energia anyag elszigetelt zárt nyílt Biológiai rendszer energia izoterm T=állandó izobár p=állandó adiabatikus Q = 0
6 Termodinamikai rendszerek típusai az anyag eloszlása alapján homogén inhomogén heterogén anizotróp Jellemző mennyiségek: Az extenzív mennyiségek függenek a rendszer méretétől és additívak (m, V, E,Q ). Az intenzív mennyiségek nem függenek a rendszer méretétől és nem additívak (T, p, ρ, c ).
7 Az energiamegmaradás tétele Leibniz ( ) megfigyelte, hogy sok mechanikai rendszerben a mozgási energia (élőerő) megmarad. Newton és Descartes megfogalmazzák az impulzusmegmaradás törvényét. Rumford 1798-ban megfigyelte, hogy az ágyúcsövek fúrása hőkeltéssel jár: a mechanikai munka hővé alakítható! Mayer felismerte, hogy a hő is, meg a mechanikai munka is, az energia egy formája. Joule 1843-ban kísérletekkel meghatározta a hő mechanikai egyenértékét. Helmholtz 1847-ben megfogalmazza az energiamegmaradás tételét
8 ENERGIA helyzeti kinetikus belső E = E + E + U pot kin A belső energia kémiai szerkezettől függő molekuláris kinetikus és kölcsönhatási energiákból tevődik össze. Magába foglalja a molekulák haladó, forgó és rezgési mozgásának kinetikus energiáját, az elektrongerjesztési energiákat, a molekuláris kölcsönhatások energiáját, valamint a zéruspont energiát: U = U + U + U + U + U + U 0 trans rot vibr gerj kölcs
9 A belső energia járulékai (molekuláris kinetikus energiák) azonos hőmérsékleten összehasonlítva Standardizált belső energia egyatomos tökéletes gáz többatomos tökéletes gáz folyadék vagy szilárdtest rotációs és vibrációs energia transzlációs energia T Kinetikus energia Kölcsönhatási energia Van der Waals H-híd atomok és molekulák közötti kölcsönhatások
10 U m ε = U N egyatomos tökéletes gáz Egyatomos tökéletes gáz belső energiája transzlációs energia ε = 1 2 m v 2 Az ekvipartició tétele kimondja, hogy a molekulák minden egyes szabadsági fokára k T nagyságú energia jut. 1/ 2 B 1 3 k T 2 2 B 2 ε = m v = Um = 3 2 RT Többatomos tökéletes gáznál U m = N 2 sz RT
11 Alapvető molekuláris kölcsönhatások
12 Molekuláris kölcsönhatások ionos dipólusos
13 Kölcsönhatás RT egységben mért kölcsönhatási energia kémiai reakció ion-ion ion dipólus H-híd dipólus dipólus 0,5-2 indukált dipólus dipólus 0,3-2 indukált dipólus indukált 0,2-2 dipólus A tökéletes gáz RT egységben mért moláris energiája: 3/2 U m = 3 2 RT
14 BIOLÓGIAI TERMODINAMIKAI RENDSZER O 2 hő táplálék TEST metabolizmus Munka (mozgás) hő ürülék A hőnek kitüntetett szerepe van! 0 o C 42 C o T
15 A biológiai belső energia MJ / év 17 1,7 10 J / s ÉLET Felhőben tárolt Felhőről visszavert Földön elnyelődött fotoszintézis 0,025% 6CO + 6H O= C H O + 6O Biológiai makromolekulák keményítő glikogén cellulóz
16 fény szénhidrát növényi szövet zsír állati szövet Az élő szervezet sejtjeiben végbemenő folyamatok összessége: metabolizmus felépítő folyamatok anabolizmus lebontó folyamatok katabolizmus ADP + energia ATP ATP ADP + energia
17 A környezetből felvett anyagok beépülése az élő szervezetbe: anabolizmus fototróf egyszerű szervetlen anyagokból bonyolult szerves vegyületek felépítésére képes szervezetek kemotróf fototróf
18 Az élő szervezetek biokémiai reakciók során történő tápanyag lebontása: katabolizmus. poliszacharidok, lipidek, fehérjék nukleinsavak monoszacharidok, zsírsavak, nukleotidok, aminosavak Q ADP tejsav ecetsav ammónia karbamid ATP + 2 H O =ADP+ foszfát + energia kj/mol
19 Néhány üzemanyag energia sűrűsége 3 H 2 anyag ATP gáz 10 atm. nyomáson glicin zsír szénhidrát glükóz Energia sűrűség [J/Kg] 1,0 10 1, , , , ,6 10 U = ( ME) + Q+ Utárolt + Wmech kötési energia hő munka (vég)termék ( ME) = 0 U < 0
20 Végső állapot A belső energia extenzív mennyiség. A belső energia állapotfüggvény. A belső energia értékét nem ismerjük. Kezdeti állapot A belső energia megváltozik, - amikor változik a hőmérséklet, - amikor változik a molekuláris vagy halmaz szerkezet, - amikor változnak az intermolekuláris kölcsönhatások, - amikor valamelyik elektronpálya gerjesztett állapotba kerül.
21 termikus mechanikai belső energia kémiai egyéb pl. felületi, elektromos A belső energia kémiai szerkezettől függő molekuláris kinetikus és kölcsönhatási energiák összege
22 Belső energia megváltozása Elemi energiaközlési típusok X>0 X<0 Előjel konvenció! termikus mechanikai felületi kémiai egyéb A belső energia változása annyi tagból tevődik össze, ahányféle kölcsönhatásban vesz részt a vizsgált test vagy rendszer. U = Q+ W i i
23 Belső energia megváltozása Biológiai energiacserék X>0 X<0 Előjel konvenció! termikus mechanikai felületi kémiai elektromos A belső energia változása annyi tagból tevődik össze, ahányféle kölcsönhatásban a részt vesz a vizsgált test vagy rendszer. U = Q+ W i i
24 Elemi energiaközlési típusok - Határfelületi kölcsönhatás f ( x) = 2γ l l dx dw fel dw = 2γ ldx= γ da fel = γ da s s f(x)
25 Az elemi energia csere útfüggvény! dw = f ( x) dl mech ( V) f ( x ) = p As - Térfogati munka térf ( ) ( ) dw = p V A dl= p V dv s dv
26 Az elemi energia csere útfüggvény! kompreszzió: Vv < Vk W > 0 vol p Izoterm folyamat p Izobár folyamat izochor V V V v V k V v V k W = nrt ln V V V k W= p V
27 Minden egyes kölcsönhatáshoz tartozik egy-egy jellemző intenzív és extenzív mennyiség, melynek szorzata megadja a kölcsönhatáshoz tartozó elemi energiacserét. dw i = y i dx i elemi energiacsere
28 du = dwi = yi i i dx i y : intenzív mennyiség x : extenzív mennyiség K = fd pd + das + Φdq+ HdM+ i= 1 du l V γ µ dn i i térfogati elektromos kémiai mechanikai felületi mágneses És hol van a hőhatás??? y =T x =?
29 du = pdv + γ da + µ dn +? d? K s i i i= 1 Van a belső energiának egy olyan része, amely a többi extenzív mennyiségtől függetlenül is változhat. Ezt az "önmagában történő belső energiaváltozást" célszerű az elemi energia-cserékhez hasonlóan egy intenzív és egy extenzív mennyiség szorzataként felírni. - termikus kölcsönhatás du = dq= TdS Q du = pdv + TdS + µ idni K i= 1 µ = µ, + RT ln c i o i i kémiai potenciál entrópia
30 A termodinamika I. főtétele du = TdS pdv + µ idni K i= 1 Az energiamegmaradás törvényének legáltalánosabb megfogalmazása. U = Q+ W ch + W W me kém i Wme ch = U Q W i i ( ) Egy termodinamikai rendszer akkor képes munkavégzésre W mech < 0, ha a belső energiáját csökkenti ( U < 0), vagy ha környezetéből hőt von el ( Q> 0), vagy más formában energiát > 0 vesz fel. ( ) W i
31 Az olyan gépeket, amelyek mechanikai munkát végeznének anélkül, hogy külső forrásból energiát fogyasztanának, első fajú perpetuum mobile-nek, vagy más néven örökmozgónak nevezzük. A termodinamika első főtételéből következik, hogy első fajú perpetuum mobile nem működhet. A termodinamika első főtétele, maga az energia-megmaradás elve! Egy szellemes perpetuum mobile, amelynek működését kizárja a termodinamika első főtétele.
32 Termikus kölcsönhatások jellemzői: a hőmérséklet és az entrópia Q= T S - A hőmérséklet fogalom a hideg-, ill. melegérzetből fejlődött ki. - Alapvető felismerés: a hő és a hőmérséklet nem azonos. (Joseph Black skót kémikus) - Az első hőmérséklet-mérő készüléket Galileo Galilei alkotta meg. - Jean Rey francia orvos megalkotta az első lázmérőt ben - A mai hőmérsékletskálát Anders Celsiusnak köszönhetjük (1742). A víz forráspontját 0 foknak vette, az olvadáspontját pedig 100 foknak. - A 100 fokos hőmérsékleti skálát Carl von Linne fordította meg, úgy ahogy napjainkban is használjuk.
33 [ ] = + 273,15 T K t C Hőmérsékleti skálák [ ] [ ] o o 5 o T C = ( T F 32) 9 Termikus kölcsönhatások Hő hatására a hőmérséklet változik (1) a hőmérséklet nem változik (2) látens hő! T T fp Q= C dt Q fp légnemű T lehűlési görbe Q op folyadék T op szilárd felvett Q hő idő
34 entrópia termikus entrópia konfigurációs entrópia (a hőmérséklet változik) S = S + S term (a hőmérséklet nem változik) konf Olvadás: Q op > T op 0 S konf Q op ( Top) = > 0 T op kristály olvadék Q= T S Forrás: folyadék Q fp > T fp 0 gőz S konf Q fp ( Tfp) = > 0 Az állandó hőmérsékleten lejátszódó (fázis)átalakulás során az entrópia a rendezetlenség növekedésével együtt nő. Az entrópia a molekuláris rendezetlenség mértéke T fp
35 Az entrópia függése a hőmérséklettől S( T) S = Q T forr fp S = Q T op olv Sterm = C T P dt Top Tfp T
36 Az entrópia nem megmaradó extenzív mennyiség! Elszigetelt rendszer Hőszigetelő merev fal Az energia megmaradó mennyiség ds = 1 du 1 1 T1 T 1 T Q 2 U 1 U 2 S 1 S 2 ds = 1 du 2 2 T2 U = U1+ U 2 = állandó du = 0 du1= du T T S = S1+ S2 =? ds = ds1+ ds2 =? ds = du + du = du 0 T T T T ha T T2 T1 akkor ha 2 1 T ha 2 1 < T akkor = T akkor T T T T T T T T T T T T Hővezető fal > 0 és du 1 > 0 ds > 0 < 0 és du 1< 0 ds > 0 = 0 és du 1= 0 ds = 0 A hőcsere következtében a rendszer teljes entrópiája növekszik!
37 Megadhatjuk tetszőleges termodinamikai kölcsönhatásban álló elszigetelt rendszer entrópia változását. du = TdS pdv + µ dn K i= 1 i i K du p µ i ds = + dv dni T T T i= 1 Izoterm nyomás kiegyenlítődési folyamatnál : p ha 1 2 p ha 1 2 p ha p p µ µ ds = du + dv dn T T T T1 T2 1 T2 p1 p2 > p akkor > 0 és dv 1> 0 ds > 0 T T p1 p2 < p akkor < 0 és dv 1< 0 ds > 0 T T p1 p2 = p akkor = 0 és dv 1> 0 ds = 0 T T Elszigetelt rendszerben a hőmérséklet és a nyomás kiegyenlítődési folyamatok során az entrópia növekszik, egyensúlyban eléri a maximális értékét.
38 A termodinamika II. főtétele Elszigetelt rendszerben a önként lejátszódó (kiegyenlítődési) folyamatok során az entrópia növekszik. Lehetetlen olyan periodikusan működő gépet szerkeszteni, amely egyetlen hőtartályból hőt von el, és azt teljes egészében munkává alakítja. Másodfajú perpetuum mobile működése nem ellenkezne az első főtétellel, de megvalósítását a termodinamika második főtétele kizárja. meleg meleg energia áramlás hideg hideg
39 A termodinamika III. főtétele Tiszta kristályos anyagok entrópiája nulla az abszolút zérus ponton: lim 0 S( T ) = 0 T Nernst kísérleti úton, Planck pedig az entrópia statisztikus értelmezése alapján fogalmazta meg. A III. főtétel lehetővé teszi abszolút entrópia skála bevezetését T T 0 0 CP konfig S( T) = S ( T ) + dt+ Skonfig 0 0 T T CP S( T ) = dt+ S T Standard entrópia
40 Minél bonyolultabb szerkezetű egy molekula, annál nagyobb a standard entrópiája. Néhány anyag standard entrópiája 298 K hőmérsékleten J/molK egységben szilárd anyag folyadék gáz C gyémánt 2,4 benzol 173,3 benzol gőz 269,3 C grafit 5,7 Víz 69,9 vízgőz 188,8
41 Az entrópia a molekuláris rendezetlenség mértéke Elszigetelt rendszerben a önként lejátszódó (kiegyenlítődési) folyamatok során az entrópia növekszik.? II. főtétel morfogenézis Sejtekben: egyszerű molekulákból bonyolultabb szerkezetű molekulák S< 0?
42 Komplex struktúrák kialakulása nincs ellentmondásban a termodinamika II. főtételével! S = S + S teljes rendszer környezet S << S <0 rendszer környezet >0 Egyensúlytól távoli folyamatoknál ö 0
43 Rayleight-Benard instabilitás
44 electrokonvekció
45 Oszcilláló reakciók Belousov and Zhabotinsky
46 LIESEGANG JELENSÉG Raphael Eduard Liesegang ( ) Friedrich Ferdinand Runge ( )
47 A+B = csapadék A GÉL GÉL GÉL A B A B B diffúzió + kémiai reakció mintázat
48
49 entrópia termikus entrópia konfigurációs entrópia (a hőmérséklet változik) (a hőmérséklet nem változik) S = S + S term konf Gáz adiabatikus expanziója. = gáz adiabatikus kitágulása során: ds = 0 Adiabatikus esetben a rendszer a környezetétől termikusan elszigetelt: S A rendezetlenség növekszik ds konfig > 0 = + = dskonfig = dsterm ds term < 0 Mivel ds ds ds 0 konfig term állandó ds term CV = dt < 0 T < 0 T A gáz lehül!
50 A gumiszál adiabatikus nyújtása A rendezettség növekszik ds konfig < 0 adiabatikus deformációnál: S = állandó = + = dskonfig = dsterm ds > 0 Mivel ds ds ds 0 konfig term term adiabatikus hirtelen többszöri nyújtás T > 0 ds term CV = dt > 0 T > 0 T A hirtelen meghúzott gumiszál felmelegszik!
51 MAKROMOLEKULÁK RUGALMASSÁGA Entrópia rugalmasság S konfig < S = S + S = 0 > 0 konfig term S term 0 adiabatikus hirtelen többszöri nyújtás T > 0 S term Skonfig S konfig > 0 Q> 0 nyújtott gombolyodott melegítés l< 0 összehúzódás M Negatív lineáris hőtágulási együttható M
52 Entrópia növekedéssel járó folyamatok részecskeszám növelése Entrópia a rendezetlenség mértéke? IGEN! hőmérséklet növelése térfogat növelése Boltzmann összefüggés: bomlási folyamat disszociáció S = k B lnw makromolekula gombolyodása 23 k B = J/K k B = R N termodinamikai valószínűség: W>>1 Av olvadás, forrás elegyedés
53 A W termodinamikai valószínűség megadja az adott makroállapothoz tartozó mikroállapotok számát. 1. példa: makroállapot: koncentráció 16! mikroállapot: lehetséges eloszlások száma S konfig > 0 W = = !8! x A = 8 /16 S = k B lnw W = 1 W = 1 W, = A B S = 0 S = 0 S, = k T ln(12870) A B A B A B B W A, B ( N A+ NB )! 16! = = = N! N! 8!8! A B Négy különböző mikroállapot a lehetséges számúból.
54 Makromolekulák oldásánál a termodinamikai hajtóerő jóval kisebb! W A, B ( + ) ( N )! 54 10! A+ NB 64! = = = W A, B = = N! N! 54!10! 54!10! A B 17 W A, B = 5, W A, B = e S( N 0, n ) = p k B lnw
55 A W termodinamikai valószínűség megadja az adott makroállapothoz tartozó mikroállapotok számát. 2. példa: makroállapot: láncvégtávolság mikroállapot: lehetséges konformációk száma nyújtott, ny gombolyag, g S = k B lnw S g S g 4 NC C = W g = = k T ln(3 ) = B 4 10 kbt ln 3 4 NC C = 10 W ny = 1 Sny = kbt ln1 S = 0 ny
56 Térszerkezet és konformációs entrópia konstitúció - konfiguráció - konformáció Statisztikus gombolyag Nagy konformációs entrópia Szabályos térszerkezet Jóval kisebb konformációs entrópia W=1 S konf = 0
57 A bio-termodinamika I. főtétele tárolt energia megváltozása U = Q+ W + W mech kém metabolitikus hő veszteség mechanikai munka bio-szintézis külső belső W mech < 0
58 ENERGIA ATP ADP P ENERGIA Celluláris makromolekulák szintézise Membránok, foszfilipidek szintézise Celluláris mozgás Transzport folyaamatok Electromos potenciál generálása Hő
59 Biológiai termikus energia forgalom mérése Direkt kalorimetria Indirekt kalorimetria Q= Q + Q metabolizmus veszteség Oxigén fogyasztás és/vagy CO2 termelés arányos a hőtermeléssel kötési energia hő munka (vég)termék
60 Direkt kalorimetria Kalorimetriai > metabolikus (V=konst.) (p=konst.)
61 Indirekt kalorimetria Végső állapot Hess tétele: Kezdeti állapot C H O + 6O = 6CO + 6H O H = C6H12O6 + 36ATP= 36ADP+ Pi H = kj kj η= % Direkt és indirekt kalorimetria 1 mól glükóz oxidációjához 6 mól=134,46 L oxigén kell! H = Oxigén energia egyenérték 1 L oxigén fogyasztására 21 kj energiát jelent kj
62 Indirekt kalorimetria 1 mól glükóz oxidációjához 6 mól=134,46 L oxigén kell! C H O + 6O = 6CO + 6H O H = + Oxigén energia egyenérték 1 L oxigén fogyasztása 21 kj energiát jelent 2817 kj komponens kalorimetrikus energia kj/g Oxigén egyenérték kj/l Széndioxid egyenérték kj/l szénhidrát 17,1 21,1 21,1 fehérje 23,6 18,7 23,3 etanol 29,7 20,3 30,3 zsír 39,6 19,8 27,9
63 A bio-termodinamika I. főtétele Teljes energia megváltozása Uteljes = U BMR+ U DIT + U act. Alap energia forgalom Belső környezet, Bioszintézis, Idegrendszer, Vázizomzat, Keringés, Légzés, Hőszabályzás, kb. 70% Termogenézis Táplálkozás, szekréció 8 15 % Izom aktivitás munka, hő
64 Alap energiaforgalom: BMR Basal metabolic rate BMR = dq dt nyugalom 3/4 BMR m b Kleiber törvény A BMR a korral csökken m = 70 kg b 7029 kj/nap 293 kj/óra 81 W férfi 60 W nő Energiaforgalom:(MR) és oxigén fogyasztás O : 2 : 2 alvás 83 W 0,24 L/perc séta 265 W 0,76 L/perc kerékpározás 400 W 1,13 L/perc O O : 2
65 A BELSŐ ENERGIA (HŐ) TRANSZPORTJA Hol keletkezik a nyugalmi metabolikus hő? A szervezeten belül a hőmérséklet eloszlás nem homogén. agyvelő 25% szív 15% vázizom 25% hasi zsigerek 25% vese 6% bőr 4% Hol veszik el a metabolikus hő? Q = Q + Q + Q + Q + Q veszteség sugárzó konvektív konduktív párolg ási légzés mag köpeny 25 % % 7 % 14 %
66 Átlagos ember átlagos termikus jellemzői: Fajhő: 3,47 kj/kgk 70 kg-os személy hőkapacitása: 243 kj/ K dq = dt dq= C mb dt C mb dt dt dt 1 dq 1 BMR dt = C m dt = C m b b BMR=293 kj/h dt dt = BMR C m b dt 1,2 dt = o C /óra Ha nem lenne veszteség! Q = Q + Q + Q + Q + Q veszteség sugárzó konvektív konduktív párolg ási légzés % 25 % 7 % 14 %
67 Fizikai aktivitás esetén d Q d t = f B M R d T d t B M R = f C m b 1, 2 f C o / h aktivitás f alvás 1 ülés 1,5 állás 1,7 gyaloglás 4,7 0< f < 20 Fizikai aktivitás
68 Környezeti hatások izoterm T = konst. környezet izobár p= konst. izochor V = konst. adiabatikus S = konst. A belső energia egy része a környezet állandóságának biztosítására fordítódik! Hasznosítható energia Belső energia változása Q V = konst. Q Q < T T V U = Q p V p Q p= konst. U = Q U = Q p V
69 Környezeti hatások izoterm T = konst. környezet izobár p= konst. izochor V = konst. adiabatikus S = konst. A belső energia egy része a környezet állandóságának biztosítására fordítódik! Hasznosítható energia Belső energia változása Q V = konst. Q Q < T T V U = Q p V p Q p= konst. U = Q U = Q p V
70 A belső energia adott körülmények között hasznosítható része: Izobár eset: Izoterm eset: Izoterm-izobár eset: H entalpia F szabadenergia G szabadentalpia ENTALPIA Csak termikus és mechanikai kölcsönhatást vizsgáljunk du = TdS pdv ( ) dh = d U+ pv = TdS hő ha p=állandó, akkor du = TdS d( pv) ( pv) ( U+ pv) du+ d = d = TdS H = U+ pv
71 A H entalpia az U belső energiának izobár hőközléssel hasznosítható része. H = U+ pv Az entalpia extenzív mennyiség. Az entalpia állapotfüggvény. H(T) U(T) H H 2 H = H2 H1 C p U C V T H 1 Hess tétel! A termokémia főtétele. Nem függ tehát a reakcióhő nagysága a részfolyamatok sorrendjétől
72 A szabadenergia Csak termikus és mechanikai kölcsönhatást vizsgáljunk du TdS pdv = ha T=állandó, akkor ( TS) du = d pdv da= du d( TS) = pdv = dwmech df = d( U TS ) = pdv = dwmech mechanikai munka F = U TS Az F szabadenergia az U belső energiának izoterm munkavégzéssel hasznosítható része.
73 A szabadenergia függvény matematikai tulajdonságai F = U TS A szabadenergia extenzív mennyiség. A szabadenergia állapotfüggvény. F(T) -S F 2 F = F2 F1 F 1 T A szabadenergia nem megmaradó mennyiség!
74 A szabadentalpia Termikus, mechanikai és kémiai kölcsönhatásokat vizsgáljunk du = TdS pdv + µ idn ha T és p=állandó, akkor G= H TS i= 1 ( PV) ( TS) dg= du+ d d = µ idn ( U PV TS) K ( H TS) = K K i= 1 dg= d + = µ idn i= 1 dg= d µ idni K i= 1 i i du = pdv + TdS+ µ dn = ( TS) ( pv) + i kémiai munka A G szabadentalpia az U belső energiának kémiai folyamatokkal hasznosítható része. K i= 1 K i= 1 du d d µ dn i i i i
75 A szabadentalpia függvény matematikai tulajdonságai G(T) G= H TS A szabadentalpia extenzív mennyiség. A szabadentalpia állapotfüggvény. G 2 -S G= G2 G1 G 1 T A szabadentalpia nem megmaradó mennyiség!
76 Önként lejátszódó folyamatok iránya és hajtóereje A fizikai kémiai folyamatok spontán lejátszódásának nem szükséges feltétele a belső energia minimumra való törekvése! Egy példa: A jég olvadása. 0 C hőmérséklet közelében a víz belső energiája nagyobb, mint a jégé, ennek ellenére az 1 C-os hőmérsékletű jég légköri nyomáson spontán megolvad. Az olvadást = +4,2 kj/mol belsőenergia növekedés kíséri.
77 Elszigetelt rendszerben önként végbemenő folyamatok. U = 0 T 1 >T 3 T 1 >T 2 >T 3 T 1 T 3 hőmérséklet T 2 kiegyenlítődés p 1 >p 3 p 1 >p 2 >p 3 p 1 p 3 nyomás p 2 kiegyenlítődés c 1 >c 3 c 1 >c 2 >c 3 c 1 c 3 koncentráció c 2 kiegyenlítődés
78 A termodinamikai egyensúly feltétele entrópia entalpia állandó:u,v,n állandó:s,p,n szabadenergia szabadentalpia állandó:t,v,n állandó:t,p,n termodinamikai egyensúly Szélsőérték meghatározás
79 karakterisztikus függvény környezeti kölcsönhatás "szigetelés" az egyensúlyhoz tartozó szélsőérték önként lejátszódó folyamat során S(U, V, n) elszigetelt U, V, n maximum S > 0 U(S, V, n) - S, V, n minimum U < 0 H(S, p, n) mechanikai S, -, n minimum H < 0 F(T, V, n) termikus -, V, n minimum F < 0 G(T, p, n) A termodinamikai egyensúly feltétele Mechanikai és termikus -, -, n minimum G < 0 A termodinamikai egyensúlyt az intenzív állapotjelzők homogén eloszlása jellemzi. Fázisok közötti termodinamikai egyensúlyt az intenzív mennyiségek fázisok közötti egyenlősége jellemzi.
80 A és B fázisok közötti egyensúly termodinamikai feltétele I egykomponensű rendszer (A) (B) p=állandó G A G B T=állandó G = G + G A m A G B Izoterm és izobár környezetben a fázisok egyensúlyának szükséges feltétele a moláris szabadentalpiák egyenlősége! G B m p=állandó oldószer oldat T=állandó µ 1,0 µ 1 Az oldatfázisban az oldott anyag kémiai potenciáljának meg kell egyeznie a másik fázis moláris szabadentalpiájával! L S µ 1 = G m µ = µ p + RT ln x ( ) 1 1,0 1
81 Ozmózis: kiegyenlítődési folyamat Az ozmózis jelenségéről akkor beszélünk, amikor két eltérő összetételű oldatot olyan féligáteresztő hártyával (szemipermeabilis membránnal) választunk el, amely az oldószer-molekulák számára átjárható, de az oldott anyag molekuláit nem engedi át. p p+π ozmózis Δh π = RTc id m π id = RT M 2 c 2 Van t Hoff-törvény Ekvivalens ozmotikus nyomás (ozmotikus koncentráció): oldatrendszerrel egyensúlyban levő nemelektrolit oldat koncentrációja. Mértékegység: mmol/kg = mosmol/kg = mosm
82 Ozmózis=kolligatív tulajdonság n ( α) = n [ 1+ α( 1) ] = n ν 0αν + n0 1 0 π = RT M 2 c 2 i i [ 1+ α( 1) ] = ν π glükóz c
83 Izotóniás oldatok: ha két különböző oldat ozmózisnyomása egyező Sejtek belsejével, 3,8 m%-os Na-citrát oldat, illetve a vérrel izotóniás 5,5 m%-os glükóz oldat, oldatok 0,87 m%-os NaCl oldat. Ha a koncentráció kisebb, mint az izotóniás oldaté, akkor: víz sejt hipotóniás oldat Ha a koncentráció nagyobb, mint az izotóniás oldaté, akkor: környezet sejtvíz hipertóniás oldat izotoniás hipotoniás hipertoniás
84 KÉMIAI ÉS BIOKÉMIAI REAKCIÓK HAJTÓEREJE G= G G r termékek reaktánsok rg= rh T rs H reakcióhő endoterm exoterm H > 0 H< < 0 0 r H r H reakcióentrópia Molekuláris rendezettség változása bomlás gyűrűképzés > 0 < 0 r S r S
85 Reaktív rendszerek termodinamikája I. Kémiai egyensúly ν AA+ ν BB= ν CC+ ν DD < 0 = 0 Kémiai átalakulás R r G e R r G T Te e e Re Te r G
86 Egy példa: CuS 2 Kapcsolt reakcióegyensúlyok II. Egy termodinamikai szempontból kedvezőtlen reakció összekapcsolása egy kedvező kémiai reakcióval az átalakulás irányát megfordíthatja. o = Cu+ S 86 =+ kj / mol r G o S+ O2 = SO r G = kj / mol o CuS+ O = 2Cu+ SO 127 r G = kj / mol Igen sok biokémiai reakcó lefolyását az adenozin-trifoszfát (ATP) hidrolízise, mint az energiát szolgáltató húzó reakció teszi lehetővé. o G+ P = G6P+ H O 11.6 i 2 2 i =+ kj / mol r G ATP+ H O= ADP+ P o = 32.5 / o G+ ATP= G6P+ ADP 20.9 r G r G Glükóz + ATP = glükóz-6-foszfát + ADP kj mol = kj / mol
87 anyag SEJT energia energia Nyílt, nem egyensúlyi rendszer
SEMMELWEIS EGYETEM. Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet, Nanokémiai Kutatócsoport. (Bio)termodinamika, entrópia, egyensúly és változás.
SEMMELWEIS EGYETEM Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet, Nanokémiai Kutatócsoport (Bio)termodinamika, entrópia, egyensúly és változás Zrínyi Miklós egyetemi tanár, az MTA rendes tagja A termodinamika I.
RészletesebbenSEMMELWEIS EGYETEM. Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet, Nanokémiai Kutatócsoport. Bio-termodinamika, entrópia, egyensúly és változás.
SEMMELWEIS EGYETEM Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet, Nanokémiai Kutatócsoport Bio-termodinamika, entrópia, egyensúly és változás Zrínyi Miklós egyetemi tanár, az MTA levelező tagja mikloszrinyi@gmail.com
RészletesebbenHajdú Angéla
2012.02.22 Varga Zsófia zsofiavarga81@gmail.com Hajdú Angéla angela.hajdu@net.sote.hu 2012.02.22 Mai kérdés: Azt tapasztaljuk, hogy egy bizonyos fajta molekulának elkészített oldata áteső napfényben színes.
RészletesebbenSpontaneitás, entrópia
Spontaneitás, entrópia 6-1 Spontán folyamat 6-2 Entrópia 6-3 Az entrópia kiszámítása 6-4 Spontán folyamat: a termodinamika második főtétele 6-5 Standard szabadentalpia változás, ΔG 6-6 Szabadentalpia változás
RészletesebbenSpontaneitás, entrópia
Spontaneitás, entrópia 11-1 Spontán és nem spontán folyamat 11-2 Entrópia 11-3 Az entrópia kiszámítása 11-4 Spontán folyamat: a termodinamika második főtétele 11-5 Standard szabadentalpia változás, ΔG
RészletesebbenKövetelmények: f - részvétel az előadások 67 %-án - 3 db érvényes ZH (min. 50%) - 4 elfogadott laborjegyzőkönyv
Fizikai kémia és radiokémia B.Sc. László Krisztina 18-93 klaszlo@mail.bme.hu F ép. I. lépcsőház 1. emelet 135 http://oktatas.ch.bme.hu/oktatas/konyvek/fizkem/kornymern Követelmények: 2+0+1 f - részvétel
RészletesebbenSEMMELWEIS EGYETEM. Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet, Nanokémiai Kutatócsoport
SEMMELWEIS EGYETEM Bofzka és Sugárbológa Intézet, Nanokéma Kutatócsoport TERMODINAMIKA egyensúlyok és transzportjelenségek legáltalánosabb tudománya Zríny Mklós egyetem tanár, az MTA levelező tagja mkloszrny@gmal.com
RészletesebbenEnergia. Energia: munkavégző, vagy hőközlő képesség. Kinetikus energia: a mozgási energia
Kémiai változások Energia Energia: munkavégző, vagy hőközlő képesség. Kinetikus energia: a mozgási energia Potenciális (helyzeti) energia: a részecskék kölcsönhatásából származó energia. Energiamegmaradás
RészletesebbenAz energia. Energia : munkavégző képesség (vagy hőközlő képesség)
Az energia Energia : munkavégző képesség (vagy hőközlő képesség) Megjelenési formái: Munka: irányított energiaközlés (W=Fs) Sugárzás (fényrészecskék energiája) Termikus energia: atomok, molekulák véletlenszerű
RészletesebbenTermodinamikai bevezető
Termodinamikai bevezető Alapfogalmak Termodinamikai rendszer: Az univerzumnak az a részhalmaza, amit egy termodinamikai vizsgálat során vizsgálunk. Termodinamikai környezet: Az univerzumnak a rendszeren
RészletesebbenFIZIKA I. Ez egy gázos előadás lesz! (Ideális gázok hőtana) Dr. Seres István
Ez egy gázos előadás lesz! ( hőtana) Dr. Seres István Kinetikus gázelmélet gáztörvények Termodinamikai főtételek fft.szie.hu 2 Seres.Istvan@gek.szie.hu Kinetikus gázelmélet Az ideális gáz állapotjelzői:
RészletesebbenEnergia. Energiamegmaradás törvénye: Energia: munkavégző, vagy hőközlő képesség. Az energia nem keletkezik, nem is szűnik meg, csak átalakul.
Kémiai változások Energia Energia: munkavégző, vagy hőközlő képesség. Energiamegmaradás törvénye: Az energia nem keletkezik, nem is szűnik meg, csak átalakul. A világegyetem energiája állandó. Energia
RészletesebbenSEMMELWEIS EGYETEM. Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet, Nanokémiai Kutatócsoport. Zrínyi Miklós
SEMMELWEIS EGYETEM Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet, Nanokémiai Kutatósoport Transzportjelenségek az élő szervezetben I. Zrínyi Miklós egyetemi tanár, az MTA levelező tagja mikloszrinyi@gmail.om RENDSZER
RészletesebbenMakroszkópos tulajdonságok, jelenségek, közvetlenül mérhető mennyiségek leírásával foglalkozik (például: P, V, T, összetétel).
Mire kell? A mindennapi gyakorlatban előforduló jelenségek (például fázisátalakulások, olvadás, dermedés, párolgás) értelmezéséhez, kvantitatív leírásához. Szerkezeti anyagok tulajdonságainak változása
RészletesebbenKörnyezeti kémia: A termodinamika főtételei, a kémiai egyensúly
Környezeti kémia: A termodinamika főtételei, a kémiai egyensúly Bányai István DE TTK Kolloid- és Környezetkémiai Tanszék 2013.01.11. Környezeti fizikai kémia 1 A fizikai-kémia és környezeti kémia I. A
RészletesebbenTermokémia. Termokémia Dia 1 /55
Termokémia 6-1 Terminológia 6-2 Hő 6-3 Reakcióhő, kalorimetria 6-4 Munka 6-5 A termodinamika első főtétele 6-6 Reakcióhő: U és H 6-7 H indirekt meghatározása: Hess-tétel 6-8 Standard képződési entalpia
RészletesebbenLégköri termodinamika
Légköri termodinamika Termodinamika: a hőegyensúllyal, valamint a hőnek, és más energiafajtáknak kölcsönös átalakulásával foglalkozó tudományág. Meteorológiai vonatkozása ( a légkör termodinamikája): a
RészletesebbenOrvosi Fizika 11. Transzportfolyamatok termodinamikai vonatkozásai. Dr. Nagy László
Orvosi Fizika 11. Transzportfolyamatok termodinamikai vonatkozásai Dr. Nagy László Egyensúlyi termodinamika A termodinamika a klasszikus értelezés szerint a hőserével együtt járó kölsönhatások tudománya.
RészletesebbenFIZIKA I. Ez egy gázos előadás lesz! (Ideális gázok hőtana) Dr. Seres István
Ez egy gázos előadás lesz! ( hőtana) Dr. Seres István Kinetikus gázelmélet gáztörvények Termodinamikai főtételek fft.szie.hu 2 Seres.Istvan@gek.szie.hu Kinetikus gázelmélet Az ideális gáz állapotjelzői:
RészletesebbenTermokémia, termodinamika
Termokémia, termodinamika Szalai István ELTE Kémiai Intézet 1/46 Termodinamika A termodinamika a természetben végbemenő folyamatok energetikai leírásával foglalkozik.,,van egy tény ha úgy tetszik törvény,
RészletesebbenA METABOLIZMUS ENERGETIKÁJA
A METABOLIZMUS ENERGETIKÁJA Futó Kinga 2014.10.01. Metabolizmus Metabolizmus = reakciók együttese, melyek a sejtekben lejátszódnak. Energia nyerés szempontjából vannak fototrófok ill. kemotrófok. szervesanyag
RészletesebbenA METABOLIZMUS ENERGETIKÁJA
A METABOLIZMUS ENERGETIKÁJA Futó Kinga 2013.10.02. Metabolizmus Metabolizmus = reakciók együttese, melyek a sejtekben lejátszódnak. Energia nyerés szempontjából vannak fototrófok ill. kemotrófok. szervesanyag
Részletesebben1. Mi a termodinamikai rendszer? Miben különbözik egymástól a nyitott és a zárt termodinamikai
3.1. Ellenőrző kérdések 1. Mi a termodinamikai rendszer? Miben különbözik egymástól a nyitott és a zárt termodinamikai rendszer? Az anyagi valóság egy, általunk kiválasztott szempont vagy szempontrendszer
RészletesebbenTermodinamika (Hőtan)
Termodinamika (Hőtan) Termodinamika A hőtan nagyszámú részecskéből (pl. gázmolekulából) álló makroszkópikus rendszerekkel foglalkozik. A nagy számok miatt érdemes a mólt bevezetni, ami egy Avogadro-számnyi
RészletesebbenBIOFIZIKAI TERMODINAMIKA AZ ENERGIA BIOLÓGIAI HASZNOSÍTÁSÁNAK TUDOMÁNYA
BIOFIZIKAI TERMODINAMIKA AZ ENERGIA BIOLÓGIAI HASZNOSÍTÁSÁNAK TUDOMÁNYA Oktatási segédanyag Zrínyi Miklós mikloszrinyi@gmail.com ÁOK Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet Nanokémiai Kutatócsopot 1. A BIOFIZIKAI
RészletesebbenA metabolizmus energetikája
A metabolizmus energetikája Dr. Bódis Emőke 2015. október 7. JJ9 Miért tanulunk bonyolult termodinamikát? Miért tanulunk bonyolult termodinamikát? Mert a biokémiai rendszerek anyag- és energiaáramlásának
RészletesebbenTermodinamika. Belső energia
Termodinamika Belső energia Egy rendszer belső energiáját az alkotó részecskék mozgási energiájának és a részecskék közötti kölcsönhatásból származó potenciális energiák teljes összegeként határozhatjuk
RészletesebbenHőtan I. főtétele tesztek
Hőtan I. főtétele tesztek. álassza ki a hamis állítást! a) A termodinamika I. főtétele a belső energia változása, a hőmennyiség és a munka között állaít meg összefüggést. b) A termodinamika I. főtétele
Részletesebben2. Energodinamika értelmezése, főtételei, leírási módok
Energetika 7 2. Energodinamika értelmezése, főtételei, leírási módok Az energia fogalmának kialakulása történetileg a munkavégzés definícióához kapcsolódik. Kezdetben az energiát a munkavégző képességgel
RészletesebbenÖSSZEFOGLALÁS HŐTANI FOLYAMATOK
ÖSSZEFOGLALÁS HŐTANI FOLYAMATOK HŐTÁGULÁS lineáris (hosszanti) hőtágulási együttható felületi hőtágulási együttható megmutatja, hogy mennyivel változik meg a test hossza az eredeti hosszához képest, ha
Részletesebben1 Műszaki hőtan Termodinamika. Ellenőrző kérdések-02 1
1 Műszaki hőtan Termodinamika. Ellenőrző kérdések-02 1 Kérdések. 1. Mit mond ki a termodinamika nulladik főtétele? Azt mondja ki, hogy mindenegyes termodinamikai kölcsönhatáshoz tartozik a TDR-nek egyegy
RészletesebbenA termodinamikai rendszer energiája. E = E pot + E kin + U E pot =m g h E kin =½m v². U = U 0 + U trans + U rot + U vibr + U khat + U gerj
A termodinamikai rendszer energiája E = E pot + E kin + U E pot =m g h E kin =½m v² U = U 0 + U trans + U rot + U vibr + U khat + U gerj belső energia abszolút értéke nem ismert, csak a változása 0:kémiai
RészletesebbenFizika. Fizika. Nyitray Gergely (PhD) PTE PMMIK március 27.
Fizika Nyitray Gergely (PhD) PTE PMMIK 2017. március 27. Az entrópia A természetben a mechanikai munka teljes egészében átalakítható hővé. Az elvont hő viszont nem alakítható át teljes egészében mechanikai
RészletesebbenMűszaki hőtan I. ellenőrző kérdések
Alapfogalmak, 0. főtétel Műszaki hőtan I. ellenőrző kérdések 1. Mi a termodinamikai rendszer? Miben különbözik egymástól a nyitott és zárt termodinamikai rendszer? A termodinamikai rendszer (TDR) az anyagi
RészletesebbenMunka- és energiatermelés. Bányai István
Munka- és energiatermelés Bányai István Joule tétele: adiabatikus munka A XIX. Sz. legnagyobb kihívása a munka Emberi erőforrás (rabszolga, szolga, bérmunkás, erkölcs?, ár!) Állati erőforrás (kevésbé erkölcssértő?,
RészletesebbenKémiai reakciók sebessége
Kémiai reakciók sebessége reakciósebesség (v) = koncentrációváltozás változáshoz szükséges idő A változás nem egyenletes!!!!!!!!!!!!!!!!!! v= ± dc dt a A + b B cc + dd. Melyik reagens koncentrációváltozását
RészletesebbenFizika. Fizika. Nyitray Gergely (PhD) PTE PMMIK március 20.
Fizika Nyitray Gergely (PhD) PTE PMMIK 2017. március 20. A termodinamikai rendszer fogalma Termodinamika: Nagy részecskeszámú rendszerek fizikája. N A 10 23 db. A rendszer(r): A világ azon része, amely
RészletesebbenBelső energia, hőmennyiség, munka Hőtan főtételei
Belső energia, hőmennyiség, munka Hőtan főtételei Ideális gázok részecske-modellje (kinetikus gázmodell) Az ideális gáz apró pontszerű részecskékből áll, amelyek állandó, rendezetlen mozgásban vannak.
RészletesebbenTermokémia. Hess, Germain Henri (1802-1850) A bemutatót összeállította: Fogarasi József, Petrik Lajos SZKI, 2011
Termokémia Hess, Germain Henri (1802-1850) A bemutatót összeállította: Fogarasi József, Petrik Lajos SZKI, 2011 A reakcióhő fogalma A reakcióhő tehát a kémiai változásokat kísérő energiaváltozást jelenti.
RészletesebbenMűszaki termodinamika I. 2. előadás 0. főtétel, 1. főtétel, termodinamikai potenciálok, folyamatok
Műszaki termodinamika I. 2. előadás 0. főtétel, 1. főtétel, termodinamikai potenciálok, folyamatok Az előadás anyaga pár napon belül pdf formában is elérhető: energia.bme.hu/~imreattila (nem kell elé www!)
RészletesebbenORVOSI FIZIKAI KÉMIA
ORVOSI FIZIKAI KÉMIA I. BIOFIZIKAI TERMODINAMIKA AZ ENERGIA BIOLÓGIAI HASZNOSÍTÁSÁNAK TUDOMÁNYA Oktatási segédanyag Zrínyi Miklós mikloszrinyi@gmail.com ÁOK Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet Nanokémiai
Részletesebben5. előadás 12-09-16 1
5. előadás 12-09-16 1 H = U + PV; U=Q-PV H = U + (PV); P= áll H = U + P V; U=Q-P V; U=Q-P V H = Q U= Q V= áll P= áll H = G + T S Munkává nem alakítható Hátalakulás = G + T S 2 3 4 5 6 7 Szilárd halmazállapot
RészletesebbenAnyagtudomány. Ötvözetek egyensúlyi diagramjai (állapotábrák)
Anyagtudomány Ötvözetek egyensúlyi diagramjai (állapotábrák) Kétkomponensű fémtani rendszerek fázisai és szövetelemei Folyékony, olvadék fázis Színfém (A, B) Szilárd oldat (α, β) (szubsztitúciós, interstíciós)
RészletesebbenA TERMODINAMIKA I. AXIÓMÁJA. Egyszerű rendszerek egyensúlya. Első észrevétel: egyszerű rendszerekről beszélünk.
A TERMODINAMIKA I. AXIÓMÁJA Egyszerű rendszerek egyensúlya Első észrevétel: egyszerű rendszerekről beszélünk. Második észrevétel: egyensúlyban lévő egyszerű rendszerekről beszélünk. Mi is tehát az egyensúly?
RészletesebbenA kémiai és az elektrokémiai potenciál
Dr. Báder Imre A kémiai és az elektrokémiai potenciál Anyagi rendszerben a termodinamikai egyensúly akkor állhat be, ha a rendszerben a megfelelő termodinamikai függvénynek minimuma van, vagyis a megváltozása
RészletesebbenÁltalános Kémia, 2008 tavasz
Termokémia 5-1 Terminológia 5-2 Hő 5-3 Reakcióhő, Kalorimetria 5-4 Munka 5-5 A termodinamika első főtétele 5-6 Reakcióhő: U és H 5-7 H indirekt meghatározása: Hess-tétele Termokémia 5-8 Standard képződési
RészletesebbenKörnyezeti kémia: A termodinamika főtételei, a kémiai egyensúly
Környezeti kémia: A termodinamika főtételei, a kémiai egyensúly Bányai István DE TTK Kolloid- és Környezetkémiai Tanszék 2015.09.23. Környezeti fizikai kémia 1 A fizikai-kémia és környezeti kémia I. A
RészletesebbenEgy részecske mozgási energiája: v 2 3 = k T, ahol T a gáz hőmérséklete Kelvinben 2 2 (k = 1, J/K Boltzmann-állandó) Tehát a gáz hőmérséklete
Hőtan III. Ideális gázok részecske-modellje (kinetikus gázmodell) Az ideális gáz apró pontszerű részecskékből áll, amelyek állandó, rendezetlen mozgásban vannak. Rugalmasan ütköznek egymással és a tartály
RészletesebbenA termodinamika törvényei
A termodinamika törvényei 2009. 03. 23-24. Kiss Balázs Termodinamikai Természeti környezetünk meghatározott tulajdonságú falakkal leválasztott része. nincs kölcsönhatás a környezettel izolált kissb3@gmail.com
Részletesebben1. Feladatok a termodinamika tárgyköréből
. Feladatok a termodinamika tárgyköréből Hővezetés, hőterjedés sugárzással.. Feladat: (HN 9A-5) Egy épület téglafalának mérete: 4 m 0 m és, a fal 5 cm vastag. A hővezetési együtthatója λ = 0,8 W/m K. Mennyi
RészletesebbenTermodinamika. Tóth Mónika
Termodinamika Tóth Mónika 2012.11.26-27 monika.a.toth@aok.pte.hu Hőmérséklet Hőmérséklet: Egy rendszer részecskéinek átlagos mozgási energiájával arányos fizikai mennyiség. Különböző hőmérsékleti skálák.
RészletesebbenTermodinamika. 1. rész
Termodinamika 1. rész 1. Alapfogalmak A fejezet tartalma FENOMENOLÓGIAI HŐTAN a) Hőmérsékleti skálák (otthoni feldolgozással) b) Hőtágulások (otthoni feldolgozással) c) A hőmérséklet mérése, hőmérők (otthoni
RészletesebbenA munkavégzés a rendszer és a környezete közötti energiacserének a D hőátadástól eltérő valamennyi más formája.
11. Transzportfolyamatok termodinamikai vonatkozásai 1 Melyik állítás HMIS a felsoroltak közül? mechanikában minden súrlódásmentes folyamat irreverzibilis. disszipatív folyamatok irreverzibilisek. hőmennyiség
RészletesebbenAz energia bevezetése az iskolába. Készítette: Rimai Anasztázia
Az energia bevezetése az iskolába Készítette: Rimai Anasztázia Bevezetés Fizika oktatása Energia probléma Termodinamika a tankönyvekben A termodinamikai fogalmak kialakulása Az energia fogalom története
RészletesebbenA természetes folyamatok iránya (a folyamatok spontaneitása)
A természetes folyamatok iránya (a folyamatok spontaneitása) H 2 +O 2 H 2 O 2 2 2 gázok kitöltik a rendelkezésükre álló teret meleg tárgy lehűl Rendezett Rendezetlen? az energetikailag (I. főtételnek nem
RészletesebbenÁltalános kémia képletgyűjtemény. Atomszerkezet Tömegszám (A) A = Z + N Rendszám (Z) Neutronok száma (N) Mólok száma (n)
Általános kémia képletgyűjtemény (Vizsgára megkövetelt egyenletek a szimbólumok értelmezésével, illetve az egyenletek megfelelő alkalmazása is követelmény) Atomszerkezet Tömegszám (A) A = Z + N Rendszám
RészletesebbenBIOFIZIKA I OZMÓZIS Bugyi Beáta (PTE ÁOK Biofizikai Intézet) OZMÓZIS
BIOFIZIKA I OZMÓZIS - 2010. 10. 26. Bugyi Beáta (PTE ÁOK Biofizikai Intézet) OZMÓZIS BIOFIZIKA I - DIFFÚZIÓ DIFFÚZIÓ - ÁTTEKINTÉS TRANSZPORTFOLYAMATOK ÁLTALÁNOS LEÍRÁSA ONSAGER EGYENLET lineáris, irreverzibilis
Részletesebbenrendszer: a világ általunk vizsgált, valamilyen fallal (részben) elhatárolt része környezet: a világ rendszert körülvevő része
I. A munka fogalma, térfogati és egyéb (hasznos) munka. II. A hő fogalma. molekuláris értelmezése. I. A termodinamika első főtételének néhány megfogalmazása.. Az entalpia fogalma, bevezetésének indoklása.
RészletesebbenTermodinamika. Gázok hőtágulása, gáztörvények. Az anyag gázállapota. Avogadro törvény Hőmérséklet. Tóth Mónika.
Hőmérséklet ermodinamika Hőmérséklet: Egy rendszer részecskéinek átlagos mozgási energiájával arányos fizikai mennyiség. óth Mónika 203 monika.a.toth@aok.pte.hu Különböző hőmérsékleti skálák. Kelvin skálájú
RészletesebbenVíz. Az élő anyag szerkezeti egységei. A vízmolekula szerkezete. Olyan mindennapi, hogy fel sem tűnik, milyen különleges
Az élő anyag szerkezeti egységei víz nukleinsavak fehérjék membránok Olyan mindennapi, hogy fel sem tűnik, milyen különleges A Föld felszínének 2/3-át borítja Előfordulása az emberi szövetek felépítésében
RészletesebbenMŰSZAKI TERMODINAMIKA 1. ÖSSZEGZŐ TANULMÁNYI TELJESÍTMÉNYÉRTÉKELÉS
MŰSZAKI TERMODINAMIKA. ÖSSZEGZŐ TANULMÁNYI TELJESÍTMÉNYÉRTÉKELÉS 207/8/2 MT0A Munkaidő: 90 perc NÉV:... NEPTUN KÓD: TEREM HELYSZÁM:... DÁTUM:... KÉPZÉS Energetikai mérnök BSc Gépészmérnök BSc JELÖLJE MEG
RészletesebbenFizika. Fizika. Nyitray Gergely (PhD) PTE PMMIK március 6.
Fizika Nyitray Gergely (PhD) PTE PMMIK 2017. március 6. A termodinamikai rendszer fogalma Termodinamika: Nagy részecskeszámú rendszerek fizikája. N A 10 23 db. A rendszer(r): A világ azon része, amely
RészletesebbenKémiai átalakulások. A kémiai reakciók körülményei. A rendszer energiaviszonyai
Kémiai átalakulások 9. hét A kémiai reakció: kötések felbomlása, új kötések kialakulása - az atomok vegyértékelektronszerkezetében történik változás egyirányú (irreverzibilis) vagy megfordítható (reverzibilis)
Részletesebbenf = n - F ELTE II. Fizikus 2005/2006 I. félév
ELTE II. Fizikus 2005/2006 I. félév KISÉRLETI FIZIKA Hıtan 2. (X. 25) Gibbs féle fázisszabály (0-dik fıtétel alkalmazása) Intenzív állapotothatározók száma közötti összefüggés: A szabad intenzív paraméterek
RészletesebbenFizika feladatok. 1. Feladatok a termodinamika tárgyköréből november 28. Hővezetés, hőterjedés sugárzással. Ideális gázok állapotegyenlete
Fizika feladatok 2014. november 28. 1. Feladatok a termodinamika tárgyköréből Hővezetés, hőterjedés sugárzással 1.1. Feladat: (HN 19A-23) Határozzuk meg egy 20 cm hosszú, 4 cm átmérőjű hengeres vörösréz
RészletesebbenMegjegyzések (észrevételek) a szabad energia és a szabad entalpia fogalmához
Dr. Pósa Mihály Megjegyzések (észrevételek) a szabad energia és a szabad entalpia fogalmához 1. Bevezetés Shillady Don professzor az Amerikai Kémiai Szövetség egyik tanácskozásán felhívta a figyelmet a
Részletesebben100 o C víz forrása 212 o F 0 o C víz olvadása 32 o F T F = 9/5 T C Példák: 37 o C (láz) = 98,6 o F 40 o C = 40 o F 20 o C = 68 o F
III. HőTAN 1. A HŐMÉSÉKLET ÉS A HŐ Látni fogjuk: a mechanika fogalmai jelennek meg mikroszkópikus szinten 1.1. A hőmérséklet Mindennapi általános tapasztalatunk van. Termikus egyensúly a résztvevők hőmérséklete
RészletesebbenFizika-Biofizika I. DIFFÚZIÓ OZMÓZIS Október 22. Vig Andrea PTE ÁOK Biofizikai Intézet
Fizika-Biofizika I. DIFFÚZIÓ OZMÓZIS 2013. Október 22. Vig Andrea PTE ÁOK Biofizikai Intézet DIFFÚZIÓ 1. KÍSÉRLET Fizika-Biofizika I. - DIFFÚZIÓ 1. kísérlet: cseppentsünk tintát egy üveg vízbe 1. megfigyelés:
RészletesebbenCélkitűzés/témák Fehérje-ligandum kölcsönhatások és a kötődés termodinamikai jellemzése
Célkitűzés/témák Fehérje-ligandum kölcsönhatások és a kötődés termodinamikai jellemzése Ferenczy György Semmelweis Egyetem Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet Biokémiai folyamatok - Ligandum-fehérje kötődés
RészletesebbenÉgés és oltáselmélet I. (zárójelben a helyes válaszra adott pont)
Égés és oltáselmélet I. (zárójelben a helyes válaszra adott pont) 1. "Az olyan rendszereket, amelyek határfelülete a tömegáramokat megakadályozza,... rendszernek nevezzük" (1) 2. "Az olyan rendszereket,
RészletesebbenIdeális gáz és reális gázok
Ideális gáz és reális gázok Fizikai kémia előadások 1. Turányi Tamás ELTE Kémiai Intézet Állaotjelzők állaotjelző: egy fizikai rendszer makroszkoikus állaotát meghatározó mennyiség egykomonensű gázok állaotjelzői:
RészletesebbenTermodinamika. Tóth Mónika
Termodinamika Tóth Mónika 2015 monika.a.toth@aok.pte.hu Termodinamika Hő Mozgás TERMODINAMIKA a világ egy jól körülhatárolt részének a RENDSZERnek és a rendszer KÖRNYEZETének kölcsönhatásával és a rendszer
RészletesebbenA bioenergetika a biokémiai folyamatok során lezajló energiaváltozásokkal foglalkozik.
Modul cím: MEDICINÁLIS ALAPISMERETEK BIOKÉMIA BIOENERGETIKA I. 1. kulcsszó cím: Energia A termodinamika első főtétele kimondja, hogy a különböző energiafajták átalakulhatnak egymásba ez az energia megmaradásának
Részletesebben8. Belső energia, entalpia és entrópia ideális és nem ideális gázoknál
8. első energia, entalpia és entrópia ideális és nem ideális gázoknál első energia első energia (U): a vizsgált rendszer energiája, DE nem tartozik hozzá - a teljes rendszer együttes mozgásából adódó mozgási
Részletesebben6. Termodinamikai egyensúlyok és a folyamatok iránya
6. ermodinamikai egyensúlyok és a folyamatok iránya A természetben végbemenő folyamatok kizárólagos termodinamikai hajtóereje az entróia növekedése. Minden makroszkoikusan észlelhető folyamatban a rendszer
RészletesebbenIII. Termodinamikai alapok: a változások energetikája; a folyamatok iránya, egyensúlyok.
III. Termodinamikai alapok: a változások energetikája; a folyamatok iránya, egyensúlyok. III.1. Termokémia Alapfogalmak. U és H, reakcióhő, Hess-tétel, képződéshő Hőmennyiség, hőkapacitás: Q = C ΔT C -
RészletesebbenVisy Csaba Kredit 4 Heti óraszám 3 típus AJÁNLOTT IRODALOM. P. W. Atkins: Fizikai kémia I.
A tárgy neve FIZIKAI KÉMIA 1. Meghirdető tanszék(csoport) SZTE TTK FIZIKAI KÉMIAI TANSZÉK Felelős oktató: Visy Csaba Kredit 4 Heti óraszám 3 típus Előadás Számonkérés Kollokvium Teljesíthetőség feltétele
RészletesebbenELTE II. Fizikus, 2005/2006 I. félév KISÉRLETI FIZIKA Hıtan 9. (XI. 23)
ELE II. Fizikus, 005/006 I. félév KISÉRLEI FIZIKA Hıtan 9. (XI. 3) Kémiai reakciók Gázelegyek termodinamikája 1) Dalton törvény: Azonos hımérséklető, de eltérı anyagi minıségő és V térfogatú gázkeverékben
RészletesebbenSEMMELWEIS EGYETEM. Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet, Nanokémiai Kutatócsoport. TERMODINAMIKA az egyensúlyok és folyamatok tudománya
SEMMELWEIS EGYETEM Bofzka és Sugárbológa Intézet, Nanokéma Kutatócsoport TERMODINAMIKA az egyensúlyok és folyamatok tudománya Zríny Mklós egyetem tanár, az MTA levelező tagja mkloszrny@gmal.com U = Q+
RészletesebbenBiofizika szeminárium. Diffúzió, ozmózis
Biofizika szeminárium Diffúzió, ozmózis I. DIFFÚZIÓ ORVOSI BIOFIZIKA tankönyv: III./2 fejezet Részecskék mozgása Brown-mozgás Robert Brown o kísérlet: pollenszuszpenzió mikroszkópos vizsgálata o megfigyelés:
Részletesebben10/21/11. Miért potenciálfüggvények? (Honnan kapta a nevét?) Termodinamikai potenciálfüggvények. Belső energia. Entalpia
Miért potenciálfüggvények? (Honnan kapta a nevét?) Termodinamikai potenciálfüggvények h mg Visegrády B mg Potenciálfüggvény jelleg az, hogy egy folyamat csak a kezdef és a végállapogól függ és független
RészletesebbenAltalános Kémia BMEVESAA101 tavasz 2008
Folyadékok és szilárd anayagok 3-1 Intermolekuláris erők, folyadékok tulajdonságai 3-2 Folyadékok gőztenziója 3-3 Szilárd anyagok néhány tulajdonsága 3-4 Fázisdiagram 3-5 Van der Waals kölcsönhatások 3-6
RészletesebbenAtomok. szilárd. elsődleges kölcsönhatás. kovalens ionos fémes. gázok, folyadékok, szilárd anyagok. ionos fémek vegyületek ötvözetek
Atomok elsődleges kölcsönhatás kovalens ionos fémes véges számú atom térhálós szerkezet 3D ionos fémek vegyületek ötvözetek molekulák atomrácsos vegyületek szilárd gázok, folyadékok, szilárd anyagok Gázok
RészletesebbenDigitális tananyag a fizika tanításához
Digitális tananyag a izika tanításához Gázok állaotjelzői Adott mennyiségű gáz állaotjelzői: Nyomás: []=Pa=N/m Térogat []=m 3 Hőmérséklet [T]=K; A gázok állaotát megadó egyéb mennyiségek: tömeg: [m]=g
RészletesebbenSEMMELWEIS EGYETEM. Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet, Nanokémiai Kutatócsoport. TRANSZPORTFOLYAMATOK biológiai rendszerekben.
SEMMELWEIS EGYETEM Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet, Nanokémiai Kutatósoport TRANSZPORTFOLYAMATOK biológiai rendszerekben Zrínyi Miklós egyetemi tanár, az MTA rendes tagja mikloszrinyi@gmail.om " Hol
RészletesebbenTermodinamikai rendszerek. Kalorimetria. Extenzív és Intenzív mennyiségek. Hőkapacitás, fajhő Mennyi a felvett hő?
Termodinamikai rendszerek Kalorimetria Biofizika szeminárium 2014. 04.03. Nyitott Anyag és energiaáramlás Zárt Csak energia áramlás Izolált Se anyag se energia áramlás Hőmérséklet: az anyagot felépítő
RészletesebbenAz egyensúly. Általános Kémia: Az egyensúly Slide 1 of 27
Az egyensúly 6'-1 6'-2 6'-3 6'-4 6'-5 Dinamikus egyensúly Az egyensúlyi állandó Az egyensúlyi állandókkal kapcsolatos összefüggések Az egyensúlyi állandó számértékének jelentősége A reakció hányados, Q:
RészletesebbenBevezetés a lézeres anyagmegmunkálásba
Bevezetés a lézeres anyagmegmunkálásba FBN332E-1 Dr. Geretovszky Zsolt 2010. október 13. A lézeres l anyagmegmunkálás szempontjából l fontos anyagi tulajdonságok Optikai tulajdonságok Mechanikai tulajdonságok
RészletesebbenPHYWE Fizikai kémia és az anyagok tulajdonságai
PHYWE Fizikai kémia és az anyagok tulajdonságai Témakörök: Gázok és gáztörvények Felületi feszültség Viszkozitás Sűrűség és hőtágulás Olvadáspont, forráspont, lobbanáspont Hőtan és kalorimetria Mágneses
Részletesebben2. A hőátadás formái és törvényei 2. A hőátadás formái Tapasztalat: tűz, füst, meleg edény füle, napozás Hőáramlás (konvekció) olyan folyamat,
2. A hőátadás formái és törvényei 2. A hőátadás formái Tapasztalat: tűz, füst, meleg edény füle, napozás. 2.1. Hőáramlás (konvekció) olyan folyamat, amelynek során a hő a hordozóközeg áramlásával kerül
RészletesebbenA gáz halmazállapot. A bemutatót összeállította: Fogarasi József, Petrik Lajos SZKI, 2011
A gáz halmazállapot A bemutatót összeállította: Fogarasi József, Petrik Lajos SZKI, 0 Halmazállapotok, állapotjelzők Az anyagi rendszerek a részecskék közötti kölcsönhatásoktól és az állapotjelzőktől függően
RészletesebbenOrvosi Fizika 10. Biológiai membránok fizikája, diffúzió, ozmózis Dr. Nagy László
Orvosi Fizika 10. Biológiai membránok fizikája, diffúzió, ozmózis Dr. Nagy László -Az anyagcsere és a transzportfolyamatok. - Makrotranszport : jelentős anyagmennyiségek transzportja : csöveken, edényeken
RészletesebbenAZ ANYAGI HALMAZOK ÉS A MÁSODLAGOS KÖTÉSEK. Rausch Péter kémia-környezettan
AZ ANYAGI HALMAZOK ÉS A MÁSODLAGOS KÖTÉSEK Rausch Péter kémia-környezettan Hogy viselkedik az ember egyedül? A kémiában ritkán tudunk egyetlen részecskét vizsgálni! - az anyagi részecske tudja hogy kell
RészletesebbenAtomok. szilárd. elsődleges kölcsönhatás. kovalens ionos fémes. gázok, folyadékok, szilárd anyagok. ionos fémek vegyületek ötvözetek
Atomok elsődleges kölcsönhatás kovalens ionos fémes véges számú atom térhálós szerkezet 3D ionos fémek vegyületek ötvözetek molekulák atomrácsos vegyületek szilárd gázok, folyadékok, szilárd anyagok Gázok
RészletesebbenKérdések Fizika112. Mozgás leírása gyorsuló koordinátarendszerben, folyadékok mechanikája, hullámok, termodinamika, elektrosztatika
Kérdések Fizika112 Mozgás leírása gyorsuló koordinátarendszerben, folyadékok mechanikája, hullámok, termodinamika, elektrosztatika 1. Adjuk meg egy tömegpontra ható centrifugális erő nagyságát és irányát!
RészletesebbenGázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (korlátok) Fókusz: a légzsák (Air-Bag Systems) kémiája
Gázok 5-1 Gáznyomás 5-2 Egyszerű gáztörvények 5-3 Gáztörvények egyesítése: Tökéletes gázegyenlet és általánosított gázegyenlet 5-4 A tökéletes gázegyenlet alkalmazása 5-5 Gáz reakciók 5-6 Gázkeverékek
Részletesebben1. Bevezetés. 1.1 A termodinamikai rendszer fogalma, típusai és jellemzése
1. Bevezetés A termodinamika a világ egy jól körülhatárolható részének, a rendszernek és a rendszer környezetének a kölcsönhatásaival valamint a rendszer makroszkopikus tulajdonágai közötti összefüggéssekkel
RészletesebbenTiszta anyagok fázisátmenetei
Tiszta anyagok fázisátenetei Fizikai kéia előadások 4. Turányi Taás ELTE Kéiai Intézet Fázisok DEF egy rendszer hoogén, ha () nincsenek benne akroszkoikus határfelülettel elválasztott részek és () az intenzív
RészletesebbenZrínyi Miklós. Történeti visszatekintés. Történeti visszatekintés. Biofizikai termodinamika (Bio-termodinamika) Az energiamegmaradás tétele
SEMMELWEIS EGYEEM Bofzka és Sugárbológa Intézet, Nanokéma utatócsoort Bofzka termodnamka (Bo-termodnamka) Zríny Mklós egyetem tanár, az MA levelező tagja mkloszrny@gmal.com örténet vsszatekntés -A hőmérséklet
RészletesebbenKatalízis. Tungler Antal Emeritus professzor 2017
Katalízis Tungler Antal Emeritus professzor 2017 Fontosabb időpontok: sósav oxidáció, Deacon process 1860 kéndioxid oxidáció 1875 ammónia oxidáció 1902 ammónia szintézis 1905-1912 metanol szintézis 1923
Részletesebben