Informácie

Smerovosť chemických reakcií# - Biológia

Smerovosť chemických reakcií# - Biológia


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Smerovosť chemických reakcií

Chemické reakcie

Chemické reakcie nastávajú, keď sa dva alebo viac atómov spoja dohromady a vytvoria molekuly alebo keď sa viazané atómy rozpadnú. Látky, ktoré „vstupujú“ do chemickej reakcie, sa nazývajú reaktanty (podľa konvencie sú tieto zvyčajne uvedené na ľavej strane chemickej rovnice) a zistené látky, ktoré „vychádzajú“ z reakcie, sú známe ako Produkty (podľa konvencie sa zvyčajne nachádzajú na pravej strane chemickej rovnice). zprava doľava; zhora nadol, diagonálne sprava doľava, okolo kruhovej šípky atď.)

2H2O2 (peroxid vodíka) → 2H2O (voda) + O2 (kyslík)

Poznámka: možná diskusia

Cvičenie: Vyššie identifikujte reaktanty a produkty reakcie zahŕňajúcej peroxid vodíka.

Poznámka: možná diskusia

Keď píšeme H2O2 aby reprezentoval molekulu peroxidu vodíka, je to model predstavujúci skutočnú molekulu. Aké informácie o molekule sú okamžite oznámené týmto molekulárnym vzorcom? To znamená, čo viete o molekule jednoduchým pohľadom na výraz H2O2? Aké informácie nie sú explicitne oznámené o tejto molekule iba pri pohľade na vzorec?

Niektoré chemické reakcie, ako je tá, ktorá je zobrazená vyššie, prebiehajú väčšinou jedným smerom. Keď zobrazujeme reakcie pomocou jednohlavej (jednosmernej) šípky, znamená to, že reakcia je v podstate nezvratné. Všetky reakcie však môžu technicky prebiehať oboma smermi. Reverzibilné reakcie sú tie, ktoré môžu pokračovať v oboch smeroch. Pri reverzibilných reakciách sa reaktanty menia na produkty, ale keď koncentrácia produktu prekročí určitú prahovú hodnotu (charakteristiku špecifickú pre špecifickú reakciu), niektoré z týchto produktov sa premenia späť na reaktanty. Toto tam a späť pokračuje, kým nenastane určitá relatívna rovnováha medzi reaktantmi a produktmi – stav tzv rovnováha. Tieto situácie reverzibilných reakcií sú často označené chemickou rovnicou s obojstrannou šípkou smerujúcou k reaktantom aj k produktom. Nájdete kontinuum chemických reakcií; niektoré postupujú väčšinou jedným smerom a takmer nikdy sa nevrátia, zatiaľ čo iné ľahko menia smer v závislosti od rôznych faktorov, ako sú relatívne koncentrácie reaktantov a produktov. To znamená, že nájdete reakcie s najrôznejšími bodmi rovnováhy.

Použite slovnej zásoby

Možno ste si uvedomili, že výrazy „reaktanty“ a „produkty“ sú relatívne k smeru reakcie. Ak máte reakciu, ktorá je reverzibilná, produkty priebehu reakcie v jednom smere sa stanú reaktantmi opačného. Rovnakú zlúčeninu môžete označiť dvoma rôznymi výrazmi. To môže byť trochu mätúce. Čo teda robiť v takýchto prípadoch? Odpoveď je, že ak chcete používať výrazy „reaktanty“ a „produkty“, musíte mať jasno v smere reakcie, o ktorej hovoríte.

Pozrime sa na príklad reverzibilnej reakcie v biológii. V ľudskej krvi je prebytok vodíkových iónov (H.+) sa viažu na hydrogenuhličitanové ióny (HCO3-), čím sa vytvorí rovnovážny stav s kyselinou uhličitou (H.2CO3). Táto reakcia je ľahko reverzibilná. Ak by sa do tohto systému pridala kyselina uhličitá, časť by sa premenila na hydrogenuhličitanové a vodíkové ióny, pretože chemický systém hľadal rovnováhu.

[HCO_3^−+ H^+ ightleftharpoons H_2CO_3]

Vyššie uvedené príklady skúmajú „idealizované“ chemické systémy, ako sa môžu vyskytovať v skúmavke. V biologických systémoch sa však rovnováha pre jednu reakciu dosiahne zriedka, ako by to mohlo byť v laboratóriu. V biologických systémoch sa reakcie nevyskytujú izolovane. Koncentrácie reaktantov a/alebo produktov sa neustále menia, pričom často produkt jednej reakcie je reaktantom pre inú reakciu. Tieto spojené reakcie tvoria takzvané biochemické dráhy. Bezprostredný príklad nižšie ilustruje podstatu biochemických ciest a jedno ďalšie upozornenie. Zatiaľ čo reakcia medzi bikarbonátom/protónom a kyselinou uhličitou je vysoko reverzibilná, ukazuje sa, že fyziologicky je táto reakcia zvyčajne „ťahaná“ smerom k tvorbe kyseliny uhličitej. prečo? Ako je uvedené nižšie, kyselina uhličitá sa stáva reaktantom pre ďalšiu biochemickú reakciu - jej premenu na CO2 a H2O. Táto konverzia znižuje koncentráciu H2CO3, čím sa reakcia medzi bikarbonátom a H+ potiahne doprava. Navyše tretia, jednosmerná reakcia, odstránenie CO2 a H2O zo systému, tiež ťahá reakciu ďalej doprava. Tieto druhy reakcií sú dôležitými prispievateľmi k udržaniu homeostázy H+ našej krvi.

[HCO_3^- + H^ + rightleftharpoons H_2CO_3 rightleftharpoons CO_2 + H_20 rightarrow waste ]

Postava 1. Reakcia zahŕňajúca syntézu kyseliny uhličitej je v skutočnosti spojená s jej rozpadom na (CO_2 ) a (H_2O ). Tieto produkty sú potom pri výdychu odstránené zo systému/tela. Spoločne rozklad kyseliny uhličitej a akt vydychovania produktov ťahajú prvú reakciu doprava.


Všetky prvky sú najstabilnejšie, keď je ich najvzdialenejší obal naplnený elektrónmi podľa oktetového pravidla. Je to preto, že pre atómy je energeticky výhodné, aby boli v tejto konfigurácii a vďaka tomu sú stabilné. Keďže však nie všetky prvky majú dostatok elektrónov na vyplnenie ich vonkajších obalov, tvoria sa atómy chemické väzby s inými atómami, čím získavajú elektróny, ktoré potrebujú na dosiahnutie stabilnej konfigurácie elektrónov. Keď sa dva alebo viac atómov navzájom chemicky spojí, výsledná chemická štruktúra je molekula. Známa molekula vody, H2O, pozostáva z dvoch atómov vodíka a jedného atómu kyslíka, ktoré sa navzájom spájajú za vzniku vody, ako je znázornené na obrázku 1. Atómy môžu vytvárať molekuly darovaním, prijímaním alebo zdieľaním elektrónov na vyplnenie svojich vonkajších škrupín.

Obrázok 1. Dva alebo viac atómov sa môže navzájom viazať za vzniku molekuly. Keď dva vodíky a kyslík zdieľajú elektróny kovalentnými väzbami, vzniká molekula vody.

Chemické reakcie nastávajú, keď sa dva alebo viac atómov spoja dohromady a vytvoria molekuly alebo keď sa viazané atómy rozpadnú. Látky používané na začiatku chemickej reakcie sa nazývajú reaktanty (zvyčajne sa nachádzajú na ľavej strane chemickej rovnice) a látky nachádzajúce sa na konci reakcie sú známe ako Produkty (zvyčajne sa nachádza na pravej strane chemickej rovnice). Medzi reaktantmi a produktmi je obvykle nakreslená šípka na označenie smeru chemickej reakcie, tento smer nie je vždy „jednosmerný“. Na vytvorenie vyššie uvedenej molekuly vody by chemická rovnica bola:

Príkladom jednoduchej chemickej reakcie je rozpad molekúl peroxidu vodíka, z ktorých každá pozostáva z dvoch atómov vodíka spojených s dvoma atómami kyslíka (H2O2). Reaktant peroxid vodíka sa rozkladá na vodu obsahujúcu jeden atóm kyslíka viazaný na dva atómy vodíka (H2O) a kyslík, ktorý pozostáva z dvoch viazaných atómov kyslíka (O2). V nižšie uvedenej rovnici reakcia zahŕňa dve molekuly peroxidu vodíka a dve molekuly vody. Toto je príklad a vyvážená chemická rovnica, kde počet atómov každého prvku je rovnaký na každej strane rovnice. Podľa zákona o zachovaní hmoty by mal byť počet atómov pred a po chemickej reakcii rovnaký, aby za normálnych okolností nevznikli ani nezničili žiadne atómy.

Aj keď všetky reaktanty a produkty tejto reakcie sú molekuly (každý atóm zostáva viazaný najmenej na jeden ďalší atóm), pri tejto reakcii iba peroxid vodíka a voda predstavujú podtriedu molekúl známych ako zlúčeniny: obsahujú atómy viac ako jedného druhu prvku. Molekulárny kyslík, na druhej strane, ako je znázornené na obrázku 2, pozostáva z dvoch dvakrát viazaných atómov kyslíka a nie je klasifikovaný ako zlúčenina, ale ako prvok.

Obrázok 2. Atómy kyslíka v O2 molekuly sú spojené dvojitou väzbou.

Niektoré chemické reakcie, ako je tá, ktorá je uvedená vyššie, môžu prebiehať jedným smerom, kým sa všetky reakčné zložky nespotrebujú. Rovnice, ktoré opisujú tieto reakcie, obsahujú jednosmernú šípku a sú nezvratné. Reverzibilné reakcie sú tie, ktoré môžu ísť oboma smermi. Pri reverzibilných reakciách sa reakčné zložky menia na produkty, ale keď koncentrácia produktu prekročí určitú prahovú hodnotu (charakteristickú pre konkrétnu reakciu), niektoré z týchto produktov sa v tomto bode prevedú späť na reaktanty, označenia produktov a reaktantov sú obrátené. Toto tam a späť pokračuje, kým nenastane určitá relatívna rovnováha medzi reaktantmi a produktmi - takzvaný stav rovnováha. Tieto situácie reverzibilných reakcií sú často označované chemickou rovnicou s dvojitou šípkou smerujúcou k reaktantom aj k produktom.

Napríklad v ľudskej krvi sa prebytočné ióny vodíka (H +) viažu na ióny bikarbonátu (HCO3 -) vytvárajúci rovnovážny stav s kyselinou uhličitou (H2CO3). Ak by sa do tohto systému pridala kyselina uhličitá, časť by sa premenila na hydrogenuhličitany a vodíkové ióny.

Pri biologických reakciách sa však rovnováha dosiahne len zriedka, pretože koncentrácie reaktantov alebo produktov alebo oboch sa neustále menia, často s tým, že produkt jednej reakcie je reaktantom iného. Aby sme sa vrátili k príkladu prebytočných vodíkových iónov v krvi, hlavným smerom reakcie bude tvorba kyseliny uhličitej. Kyselina uhličitá však môže tiež opustiť telo ako plynný oxid uhličitý (výdychom) namiesto toho, aby sa premenila späť na hydrogénuhličitanový ión, čím chemickým zákonom známym ako reakcia smeruje reakciu doprava. zákon masovej akcie. Tieto reakcie sú dôležité pre udržanie homeostázy našej krvi.


Úvod

Metabolické reakcie umožňujú bunkovú funkciu premenou živín na energiu a zostavovaním makromolekúl, ktoré udržujú bunkový aparát. 1 Bunkový metabolizmus sa zvyčajne považuje za súbor dráh obsahujúcich enzymatické reakcie súvisiace so širokými funkčnými kategóriami. Napriek tomu sú metabolické reakcie vysoko prepojené: enzýmy premieňajú viaceré reaktanty na produkty s inými metabolitmi pôsobiacimi ako kofaktory, enzýmy môžu katalyzovať niekoľko reakcií a niektoré reakcie sú katalyzované viacerými enzýmami atď. Táto zlúčená sieť reakcií je teda prirodzene prístupná sieťovej analýze, prístupu, ktorý sa úspešne aplikoval na rôzne aspekty bunkovej a molekulárnej biológie, napríklad interakcie proteín-proteín, 2 transkripčná regulácia, 3 alebo štruktúra proteínu. 4,5

Nástroje z teórie grafov 6 boli predtým použité na analýzu štrukturálnych vlastností metabolických sietí vrátane ich rozloženia stupňov, 7,8,9,10 prítomnosti metabolických rolí a ich komunitnej štruktúry. 12,13,14,15 Hlavnou výzvou však je, že existuje viacero spôsobov, ako vytvoriť sieť z metabolického modelu. 16 Napríklad je možné vytvoriť graf s metabolitmi ako uzlami a hranami predstavujúcimi reakcie, ktoré transformujú jeden metabolit na iný 7,8,17,18 graf s reakciami ako uzlami a hranami zodpovedajúcimi metabolitom zdieľaným medzi nimi 19,20, 21 alebo dokonca bipartitný graf s reakciami aj metabolitmi ako uzlami. 22 Dôležité je, že závery grafo-teoretických analýz sú vysoko závislé od zvolenej konštrukcie grafu. 23

Kľúčovou črtou metabolických reakcií je smerovosť tokov: metabolické siete obsahujú ireverzibilné aj reverzibilné reakcie a reverzibilné reakcie môžu meniť svoj smer v závislosti od bunkového a environmentálneho kontextu. 1 Existujúce grafové konštrukcie boli užitočné pre rozvoj intuitívneho porozumenia metabolickej zložitosti. Mnohé z týchto konštrukcií však vedú k grafom, ktoré neobsahujú smerové informácie, ktoré sú ústredné pre metabolické funkcie. 8,16 Okrem toho súčasné grafové konštrukcie sú zvyčajne odvodené z celého súboru metabolických reakcií v organizme, a teda zodpovedajú všeobecnému metabolickému „plánu“ bunky. Bunky však prepínajú konkrétne cesty „zapnuté“ a „vypnuté“, aby si udržali energetický rozpočet v rôznych prostrediach. 24 Preto tieto grafy podrobného plánu nemusia zachytávať špecifickú metabolickú konektivitu v danom prostredí, čo obmedzuje ich schopnosť poskytovať biologické pohľady v rôznych podmienkach rastu.

V tomto článku uvádzame prístup založený na prietoku na zostavenie metabolických grafov, ktoré zapuzdrujú smerový tok metabolitov produkovaných alebo spotrebovaných prostredníctvom enzymatických reakcií. Navrhované grafy môžu byť prispôsobené tak, aby zahŕňali distribúciu toku v rôznych podmienkach prostredia. Aby sme predstavili náš prístup, postupujeme v dvoch krokoch. Najprv definujeme Normalizovaný graf toku (NFG), vážený, orientovaný graf s reakciami ako uzlami, hranami, ktoré predstavujú vzťahy medzi dodávateľmi a spotrebiteľmi medzi reakciami, a váhami danými pravdepodobnosťou, že metabolit vybraný náhodne zo všetkých reakcií je produkovaný/spotrebovaný zdrojovou/cieľovou reakciou. Tento graf je možné použiť na graficko-teoretické analýzy metabolickej organizácie v celom organizme bez ohľadu na bunkový kontext alebo podmienky prostredia. Potom ukazujeme, že tento formalizmus je možné bezproblémovo prispôsobiť na zostavenie hmotnostného toku (MFG), riadeného grafu závislého od prostredia, s váhami vypočítanými z Flux Balance Analysis (FBA), 25 najrozšírenejšej metódy na štúdium metabolického metabolizmu v genóme siete.

Naša formulácia rieši niekoľko nevýhod súčasných konštrukcií metabolických grafov. Po prvé, v našich prietokových grafoch hrana naznačuje, že metabolity sú produkované zdrojovou reakciou a spotrebované cieľovou reakciou, čo zodpovedá za metabolickú smerovosť a prirodzený tok chemickej hmoty od reaktantov k produktom. Za druhé, normalizovaný graf toku prirodzene diskontuje nadmerné zastúpenie spoločných metabolitov (napr. Adenozíntrifosfát (ATP), nikotínamidadeníndinukleotid (NADH), protóny, voda a ďalšie kofaktory), ktoré sa objavujú v mnohých reakciách a majú tendenciu zahmlievať. konektivitu grafu. Naša konštrukcia sa vyhýba odstráneniu metabolitov bazéna zo siete, čo môže drasticky zmeniť štruktúru grafu. 26,27,28,29,30 Nakoniec, graf hmotnostného toku zahŕňa ďalšie biologické informácie odrážajúce vplyv environmentálneho kontextu do konštrukcie grafu. Najmä preto, že hmotnosti v MFG zodpovedajú priamo tokom (v jednotkách hmotnosti za čas), rôzne biologické scenáre je možné analyzovať pomocou vyvážených tokov (napr. Z rôznych roztokov FBA) pri rôznych zdrojoch uhlíka a pri iných poruchách životného prostredia. 16,25,31,32

Po predstavení matematického rámca predvedieme náš prístup na dvoch príkladoch. Po prvé, pri absencii environmentálneho kontextu naša analýza NFG základného modelu Escherichia coli metabolizmus 33 odhaľuje dôležitosť zahrnutia smerovosti a vhodných váh hrán do grafu na pochopenie modulárnej organizácie metabolických subsystémov. Potom použijeme roztoky FBA vypočítané pre niekoľko relevantných podmienok rastu pre E. colia ukazujú, že štruktúra MFG sa v každom prípade dramaticky mení (napr. konektivita, poradie reakcií, štruktúra komunity), čím sa zachytáva povaha metabolizmu závislá od prostredia. Po druhé, študujeme model metabolizmu ľudských hepatocytov hodnotený za rôznych podmienok pre divoký typ a v mutácii nájdenej v primárnej hyperoxalúrii typu 1, zriedkavej metabolickej poruche, 34 a ukazujeme, ako zmeny v štruktúre siete MFG odhaľujú nové informácie. ktorá je doplnkom k analýze toku predpovedanej FBA.


Chémia Molekulárna veda 5

Problém 1

Definujte pojmy "systém uprednostňovaný produktom" a "systém uprednostňovaný reaktantmi". Uveďte jeden príklad každého z nich.

Problém 2

Aké sú dva spôsoby, ktorými môže byť konečný chemický stav systému pravdepodobnejší ako jeho počiatočný stav?

Problém 3

Definujte termín „kventropia“ a uveďte príklad vzorky hmoty s nulovou entropiou. Aké sú jednotky entropie? Ako sa líšia od jednotiek entalpie?

Problém 4

Uveďte päť užitočných kvalitatívnych pravidiel na predpovedanie zmien entropie, keď dôjde k chemickým alebo fyzikálnym zmenám.

Problém 5

Uveďte druhý zákon termodynamiky.

Problém 6

Pokiaľ ide o hodnoty $ Delta_ H^< circ> $ a $ Delta_ S^< circ>, $ za akých podmienok si môžete byť istí, že reakcia je obľúbená? Kedy si môžete byť istí, že nie je obľúbený u produktov?

Problém 7

Definujte Gibbsovu voľnú energetickú zmenu chemickej reakcie z hľadiska jej entalpie a entropických zmien. Prečo je Gibbsova voľná energetická zmena obzvlášť užitočná pri predpovedaní, či je reakcia výhodná pre produkt?

Problém 8

Prečo sú materiály, ktorých reakcie uvoľňujú veľké množstvo Gibbsovej voľnej energie, pre spoločnosť užitočné? Uveďte dva príklady takýchto materiálov.

Problém 9

Definujte pojmy „quendergonic“ a „quotexergonic“

Problém 10

Definujte tieto dôležité termíny biochémie: metabolizmus, živiny, ATP, ADP, spojené reakcie, fotosyntéza.

Problém 11

Popíšte dva spôsoby, ako vyvolať reakcie priaznivé pre reaktanty za vzniku produktov.

Problém 12

Popíšte proces, ktorým sa slnečné svetlo používa na premenu látok s vysokou entropiou a nízkou energiou bez Gibbs na látky s nízkou entropiou a s vysokou energiou Gibbs.

Problém 13

Pre každý proces napíšte chemickú rovnicu a klasifikujte proces ako vhodný pre reaktanty alebo produkty.
a) Voda sa rozkladá na svoje prvky, vodík a kyslík.
(b) Benzín rozliaty na zem sa vyparí (použite oktán, $mathrm_ <8>mathrm_ <18>, $ na reprezentáciu benzínu).
c) Cukor sa rozpúšťa vo vode pri izbovej teplote.

Problém 14

Pre každý proces napíšte chemickú rovnicu a klasifikujte proces ako vhodný pre reaktanty alebo produkty.
a) Plynný oxid uhličitý sa rozkladá na svoje prvky, uhlík a kyslík.
b) Oceľové (väčšinou železné) telo automobilu hrdzavie.
c) Benzín reaguje s kyslíkom za vzniku oxidu uhličitého a vody (použite oktán, $ mathrm_ <8>mathrm_ <18>, $ na reprezentáciu benzínu).

Problém 15

Predpokladajme, že hodíte mincou.
a) Aká je pravdepodobnosť, že sa mince objaví v hlavách?
b) Aká je pravdepodobnosť, že sa dostane do chvostov?
c) Ak mincu 100krát hodíte, aký je najpravdepodobnejší počet hláv a chvostov, ktoré uvidíte?

Problém 16

Predpokladajme, že vyrobíte štvorsten a na každú zo štyroch strán dáte čísla 1,2,3, $ a 4. Hodíte tetrahedron do vzduchu a pozorujete ho, keď odpočíva.
(a) Aká je pravdepodobnosť, že sa štvorsten zastaví s viditeľnými číslami $2,3,$ a 4?
b) Aká je pravdepodobnosť, že štvorsten bude odpočívať s viditeľnými číslami $ 1,2, $ a 3?
c) Ak hodíte tetrahedrónom 100 -krát, aký je najpravdepodobnejší počet prípadov, kedy uvidíte 1, keď dôjde k odpočinku?

Problém 17

Problém 18

Predpokladajme, že máte štyri identické molekuly označené 1,2, 3 a 4. Nakreslite 16 jednoduchých diagramov z dvoch baniek, ako je to na obrázku pre otázku 17 dolárov, $ a nakreslite všetky možné usporiadania štyroch molekúl do dvoch baniek. Koľko z týchto usporiadaní má dve molekuly v každej banke? Koľko z nich nemá žiadne molekuly v jednej banke? Aké je z týchto výsledkov najpravdepodobnejšie usporiadanie molekúl? Ktoré usporiadanie má najvyššiu entropiu?

Problém 19

Pri každom procese uveďte, či je zmena entropie systému pozitívna alebo negatívna.
a) Vodná para (systém) sa usadzuje ako kryštály ľadu na studenom okennom skle.
b) Plechovka sýteného nápoja stráca šumivosť. (Za systém považujte nápoj, ale nie plechovku. Čo sa stane s entropiou rozpusteného plynu?)
(c) Fúkač skla ohrieva sklo (systém) na teplotu mäknutia.

Problém 20

Pri každom procese uveďte, či je zmena entropie systému pozitívna alebo negatívna.
a) Voda vrie.
b) Čajová lyžička cukru sa rozpustí v šálke kávy. (Systém pozostáva z cukru aj kávy.)
c) Uhličitan vápenatý sa zráža z vody v jaskyni a vytvára stalaktity a stalagmity. (Za systém považujte iba uhličitan vápenatý.)

Problém 21

Pre každú situáciu popísanú v otázke 13 dolárov $ predpovedá, či sa entropia systému zvýši alebo zníži.

Problém 22

Pre každú situáciu opísanú v otázke 14 dolárov $ predpovedá, či sa entropia systému zvýši alebo zníži.

Problém 23

Pre každú dvojicu položiek predpovedajte, ktorá má vyššiu entropiu, a vysvetlite prečo.
a) Položka 1, vzorka pevného $ mathrm_<2>$ za -78 $^ mathrm$ alebo položka $ 2, mathrm_<2>$ para pri < >^ mathrm$
(b) Položka 1, tuhý cukor alebo položka 2, rovnaký cukor rozpustený v šálke čaju
(c) Položka 1, 100 ml vzorka čistej vody a 100 $-mathrm$ vzorka čistého alkoholu alebo položka 2, rovnaké vzorky vody a alkoholu po ich zliatí a premiešaní

Problém 24

Pre každú dvojicu položiek predpovedajte, ktorá má vyššiu entropiu, a vysvetlite prečo.
a) Položka 1, vzorka čistého kremíka (na použitie v počítačovom čipe) alebo položka 2, kus kremíka s rovnakou hmotnosťou, ale obsahujúci stopu niektorého iného prvku, napríklad $ mathrm$ alebo $mathrm

$
(b) Položka $1,$ kocka ľadu pri ^ mathrm,$ alebo položka $2,$ rovnaké množstvo tekutej vody pri < >^ mathrm$
c) Položka 1, vzorka čistého $ mathrmu_ <2> $ tuhá látka pri izbovej teplote, alebo položka 2 $, $ rovnaká hmotnosť pár jódu pri izbovej teplote

Problém 25

Porovnaním vzorcov alebo stavov pre každý pár látok predpovedajte, ktorá má vyššiu entropiu na mol pri rovnakej teplote, a vysvetlite prečo.
a) $ mathrm(mathrm) $ alebo $ mathrm( mathrm)$
(b) $mathrm_ <2> ( mathrm <

Problém 26

Z každého páru látok vyberte tú, ktorá má väčšiu štandardnú molárnu entropiu pri 25 $^ mathrm$. Uveďte dôvody svojho výberu.
(a) $mathrm( mathrm) $ alebo $ mathrm(ell)$
b) $ mathrm_<3>(mathrm<

Problém 27

Bez toho, aby ste urobili výpočet, predpovedajte, či je zmena entropie pozitívna alebo negatívna, keď sa každá reakcia vyskytuje v smere, v ktorom je napísaná.
(a) $mathrm_ <2>mathrm_ <4> ( mathrm <

g>) longrightarrow mathrm_ <2> mathrm_ <6> ( mathrm <

g>) longrightarrow mathrm_ <2> ( mathrm <

g>) longrightarrow 2 mathrm_ <3> ( mathrm <

s>) longrightarrow mathrm( mathrm)+mathrm_ <2> ( mathrm <

Problém 28

Bez toho, aby ste urobili výpočet, predpovedajte, či je zmena entropie pozitívna alebo negatívna, keď sa každá reakcia vyskytuje v smere, v ktorom je napísaná.
(a) $mathrm_ <3>mathrm(ell) longrightarrow mathrm( mathrm)+2 mathrm_ <2> ( mathrm <

g>) longrightarrow 2 mathrm(mathrm)$
(c) $ mathrm_ <3>mathrm_ <8> ( mathrm <

g>) longrightarrow mathrm_ <2> mathrm_ <4> ( mathrm <

Problém 29

Bez nahliadnutia do tabuľky štandardných molárnych entropií predpovedajte, či $Delta_> S_< ext >^$ je pozitívny alebo negatívny pre každú z týchto reakcií.
a) 2 doláre mathrm( mathrm)+mathrm_<2>(mathrm<

g>) longrightarrow 2 mathrm_<2>(mathrm<

g>) longrightarrow 2 mathrm_ <2> mathrm( ell) $
(c) 2 $ mathrm_ <3> ( mathrm <

g>) longrightarrow 3 mathrm_ <2> ( mathrm <

Problém 30

Bez konzultácie s tabuľkou štandardných molárnych entropií predpovedajte, či $ Delta_ <1> S _ < text >^< circle> $ je pre každú z týchto reakcií kladné alebo záporné.
a) 2 doláre mathrm_ <3> ( mathrm <

g>) longrightarrow mathrm_ <2> ( mathrm <

g>) longrightarrow 2 mathrm( mathrm)$
(c) $ mathrm_ <2> ( mathrm <

s>) longrightarrow 2 mathrm(mathrm)$

Problém 31

Vypočítajte zmenu entropie, $ Delta _ < mathrm> S^,$ pre odparovanie etanolu, $mathrm_ <2>mathrm_ <5> mathrm,$ pri bode varu 78,3 $< >^ mathrm$. Výparné teplo alkoholu je 39,3 $ mathrm<

Problém 32

Dietyléter, $left(mathrm_ <2> mathrm_ <5> vpravo) _ <2> mathrm$ bol kedysi používaný ako anestetikum. Vypočítajte zmenu entropie, $ Delta _ < mathrm> S^,$ na vyparovanie éteru, ak je jeho teplo vyparovania $26,0 mathrm<

kJ> / mathrm$ s bodom varu 35,0 $^^ < circ> mathrm$.

Problém 33

Vypočítajte $ Delta _ < mathrm> S^$ pre každú látku, keď sa uvedené množstvo tepelnej energie reverzibilne prenáša do systému pri špecifikovanej teplote. Predpokladajme, že máte dostatok každej látky, takže jej teplota zostáva pri prenose tepelnej energie konštantná.
a) $ mathrm_ <2> ( mathrm <

K> $
b) $ mathrm(mathrm), 500. mathrm / mathrm, 500. mathrm$
(c) $mathrm_ <2> ( mathrm <

Problém 34

Vypočítajte $Delta_> S^< circ> $ pre každú z týchto látok, keď sa uvedené množstvo tepelnej energie reverzibilne prenesie do systému pri uvedenej teplote. Predpokladajme, že máte dostatok každej látky, takže jej teplota zostáva konštantná pri prenose tepelnej energie.
a) $ mathrm( mathrm), 5,00 mathrm<

kJ> / mathrm, 500. mathrm$
b) $ mathrm_ <2> mathrm( mathrm), 0,30 mathrm <

Problém 35

Skontrolujte svoje predpovede v otázke 27 vypočítaním zmeny entropie pre každú reakciu. Štandardné entropie, ktoré nie sú v tabuľke 16.1, nájdete v dodatku $ mathrm$

Problém 36

Skontrolujte svoje predpovede v otázke 27 vypočítaním zmeny entropie pre každú reakciu. Štandardné entropie, ktoré nie sú v tabuľke 16.1, nájdete v dodatku $ mathrm$

Problém 37

Skontrolujte svoje predpovede v otázke 29 vypočítaním zmeny entropie pre každú reakciu. Štandardné entropie, ktoré nie sú v tabuľke 16.1, nájdete v dodatku $ mathrm$.

Problém 38

Skontrolujte svoje predpovede v otázke 30 vypočítaním zmeny entropie pre každú reakciu. Štandardné entropie, ktoré nie sú v tabuľke 16.1, nájdete v dodatku $ mathrm$.

Problém 39

g>)+ mathrm_ <2>mathrm( mathrm) longrightarrow mathrm_ <2> mathrm_ <5> mathrm(ell)
$
Viete z výsledku tohto výpočtu povedať, či je táto reakcia výhodná pre produkt? Ak to neviete povedať, aké ďalšie informácie potrebujete? Získajte potrebné informácie a rozhodnite, či je reakcia výhodná pre produkt.

Problém 40

g>) longrightarrow mathrm_ <6> mathrm_<14>(ell)
$
Viete z výsledku tohto výpočtu povedať, či je táto reakcia výhodná pre produkt? Ak nemôžete povedať, aké ďalšie informácie potrebujete? Získajte potrebné informácie a zistite, či je reakcia výhodná pre produkt.

Problém 41

Predpokladá sa, že táto reakcia uprednostní produkty pri nízkych teplotách, vysokých teplotách alebo oboje? Stručne vysvetlite svoju odpoveď.
$mathrm( mathrm)+ frac <1> <2> mathrm_ <2> ( mathrm <

g>) longrightarrow mathrm(mathrm) quad Delta _ < mathrm> H^=-601,70 mathrm<

Problém 42

Predpokladá sa, že táto reakcia uprednostní produkty pri nízkych teplotách, vysokých teplotách alebo oboje? Stručne vysvetlite svoju odpoveď.
$mathrm_<3>(mathrm<

s>) longrightarrow mathrm(mathrm)+mathrm_ <2> ( mathrm <

Problém 43

Stručne vysvetlite, prečo je exotermické spaľovanie propánu výhodné.
$
mathrm_ <3>mathrm_ <8> ( mathrm <

g>) longrightarrow 3 mathrm_<2>(mathrm<

Problém 44

Stručne vysvetlite, prečo je exotermická reakcia uhličitanu kovu s kyselinou výhodná pre produkt.
$mathrm_<3>(mathrm<

Problém 45

Sodík prudko reaguje s vodou podľa rovnice
$
mathrm(mathrm)+ mathrm_ <2>mathrm( ell) longrightarrow mathrm(mathrm)+ frac <1> <2> mathrm_ <2> ( mathrm <

g>)
$
(a) Predpovedajte znaky $ Delta_ <1> H^< circ> $ a $ Delta_ <1> S^< circle> $ pre reakciu.
(b) Overte svoje predpovede pomocou výpočtov.

Problém 46

Po zapálení horčík podľa rovnice energicky reaguje s kyslíkom vo vzduchu
$
2 mathrm(mathrm)+ mathrm_ <2> ( mathrm <

g>) longrightarrow 2 mathrm( mathrm)
$
(a) Predpovedajte znaky $Delta_> H^< circ> $ a $ Delta _ < mathrm> S^< circ> $ za reakciu.
(b) Overte svoje predpovede výpočtami.

Problém 47

Vodík horí na vzduchu so značným prenosom tepla do okolia. Zvážte rozklad vody na plynný vodík a kyslík. Bez vykonania akýchkoľvek výpočtov a na základe vašej predpovede na zmene entalpie a zmene entropie je tento reakčný produkt zvýhodnený za 25 $^ mathrm ? $ Stručne vysvetlite svoju odpoveď.

Problém 48

Plynný vodík sa kombinuje s plynným chlórom v exotermickej reakcii za vzniku $ mathrm(mathrm) $. Zvážte rozklad plynného chlorovodíka na vodík a chlór. Bez vykonania akýchkoľvek výpočtov a na základe vašej predpovede na zmene entalpie a zmene entropie je tento reakčný produkt zvýhodnený za 25 $^ mathrm$? Stručne vysvetlite svoju odpoveď.

Problém 49

Pre každú reakciu vypočítajte $ Delta _ < mathrm> H^< circ> $ a $ Delta _ < mathrm> S^$ a predpovedajú, či je reakcia vždy výhodná pre produkt, pre produkt iba pri nízkych teplotách, pre produkt iba pri vysokých teplotách alebo nikdy pre produkt.
a) $ mathrm_ <2>mathrm_ <3> ( mathrm <

s>)+2 mathrm( mathrm) longrightarrow 2 mathrm(mathrm)+mathrm_ <2>mathrm_ <3> ( mathrm <

g>) longrightarrow 2 mathrm_<2>(mathrm<

Problém 50

Pre každú reakciu vypočítajte $Delta_> H^$ a $Delta_> S^$ a predpovedajú, či je reakcia vždy výhodná pre produkt, pre produkt iba pri nízkych teplotách, pre produkt iba pri vysokých teplotách alebo nikdy pre produkt.
a) $ mathrm_ <6> mathrm_ <12> mathrm_<6>(mathrm<

g>) longrightarrow 6 mathrm_ <2> ( mathrm <

g>)+6 mathrm_ <2> mathrm( ell) $
b) $ mathrm( mathrm)+ mathrm( mathrm, $ graphite $) longrightarrow mathrm( mathrm)+ mathrm( mathrm)$

Problém 51

Určte, či spaľovanie etánu, $mathrm_ <2>mathrm_ <6>, $ je obľúbený u produktu za $ 25^ < circ> mathrm$.
$
mathrm_ <2>mathrm_ <6> ( mathrm <

g>) longrightarrow 2 mathrm_<2>(mathrm<

g>)+3 mathrm_ <2> mathrm( ell)
$
(a) Vypočítajte $ Delta _ < mathrm> S _ < text > $. Požadované hodnoty $ Delta _ < mathrm> H^< circ> $ a $ S^< circle> $ sú v prílohe J.
(b) Overte svoj výsledok vypočítaním hodnoty $ Delta _ < mathrm> G^$ pre reakciu.
(c) Súhlasia vaše vypočítané odpovede v častiach (a) a (b) s vašou vopred vytvorenou predstavou o tejto reakcii?

Problém 52

Reakciu horčíka s vodou je možné použiť ako prostriedok na ohrev jedla.
$
mathrm( mathrm)+2 mathrm_ <2> mathrm( ell) longrightarrow mathrm( mathrm)_<2>(mathrm<

g>)
$
Zistite, či je táto reakcia výhodná pre produkt
$
text 25^ < circle> mathrm ext < . >
$
(a) Vypočítajte $ Delta _ < mathrm> S_< ext > $. Pozrite si dodatok $ mathrm$ za potrebné údaje.
(b) Overte svoj výsledok výpočtom $ Delta _ < mathrm> G^$ pre reakciu.

Problém 53

Pomocou matematickej rovnice ukážte, ako vyhlásenie vedie k citovanému záveru: Ak je reakcia exotermická (záporná $ Delta_ <1> H $) a ak sa entropia systému zvyšuje (kladná $ Delta_ < <> S ​​$ ), potom $ Delta_ G $ musí byť záporné a reakcia je výhodná pre produkt.

Problém 54

Pomocou matematickej rovnice ukážte, ako vyhlásenie vedie k citovanému záveru: Ak $ Delta _ < mathrm> H $ a $ Delta _ < mathrm> S $ majú rovnaké znamienko, potom veľkosť $ T $ určuje, či $ Delta _ < mathrm> G $ je záporné a či je reakcia priaznivá pre produkt.

Problém 55

Vypočítajte $ Delta _ < mathrm a predpovedajte, či je daná reakcia pre produkt alebo pre reaktant.> G^ < circle> $ z entropie a entalpie sa zmení pre reakciu pri 25 dolároch^^ Cir> mathrm$.
$mathrm_ <2> ( mathrm <

g>) longrightarrow mathrm_ <2>mathrm( mathrm)+ mathrm( mathrm)$
$
Delta_ H^=41,17 mathrm<

kJ> / mathrm quad Delta_ S^< circ> = 42,08 mathrm <

Problém 56

Odhadnite, či je táto reakcia obľúbená pre produkty, za 25 $^ < circle> mathrm$ výpočtom zmeny štandardnej Gibbsovej voľnej energie zo zmien entropie a entalpie.
$
začať
mathrm_ <2> ( mathrm <

g>) & ightleftharpoons 2 mathrm( mathrm) \
Delta_> H^ < circ> & amp = 52,96 mathrm <

kJ> / mathrm quad Delta _ < mathrm> S^< circ> = 21,81 mathrm <

Problém 57

Ak by táto reakcia bola zameraná na produkt, bol by to dobrý spôsob, ako z piesku $ left ( mathrm) vyrobiť čistý kremík, ktorý je rozhodujúci v polovodičovom priemysle_<2>vpravo)$.
$
mathrm_<2>(mathrm<

s>)+mathrm(mathrm) longrightarrow mathrm(mathrm)+ mathrm_<2>(mathrm<

g>)
$
Vypočítajte $Delta_> G^< circ> $ z údajov v dodatku J a rozhodnite, či je reakcia dobrou voľbou na výrobu kremíka
$
text 25^ < circle> mathrm ext < . >
$

Problém 58

Z údajov v prílohe J vypočítajte $Delta_> G^< circle> $ na reakcie piesku s fluorovodíkom a chlorovodíkom. Vysvetlite, prečo fluorovodík útočí na sklo, zatiaľ čo chlorovodík nie.
$
začať
mathrm_ <2> ( mathrm <

s>)+4 mathrm( mathrm) longrightarrow mathrm_ <4> ( mathrm <

s>)+4 mathrm(mathrm) longrightarrow mathrm_<4>(mathrm<

Problém 59

Ak systém spadá do druhej alebo tretej kategórie v tabuľke $16.2(leftarrow$ Sek. $16-5),$, potom musí existovať teplota, pri ktorej sa posunie z preferencie reaktantov na produkt. Pre každú reakciu získajte údaje z dodatku $mathrm$ a vypočítajte, aká je teplota.
a) $ mathrm( mathrm) +2 mathrm_<2>(mathrm<

g>) rightleftharpoons mathrm_ <3> mathrm( ell) $
(b) 2 $ mathrm_ <2> mathrm_<3>(mathrm<

s>)+3 mathrm( mathrm,$ grafit $) pravoľavé harpúny 4 mathrm(mathrm)+3 mathrm_ <2> ( mathrm <

Problém 60

Ak systém patrí do druhej alebo tretej kategórie v tabuľke $ 16.2 ( leftarrow $ Sec. $ 16-5) $, potom musí existovať teplota, pri ktorej sa zmení z preferencie reaktantu na produkt. Pre každú reakciu získajte údaje z dodatku $ mathrm$ a vypočítajte, aká je táto teplota.
a) 2 doláre mathrm_ <2>mathrm( mathrm) rightleftharpoons 2 mathrm_ <2> ( mathrm <

g>) $
(b) 2 $ mathrm_ <2>mathrm(mathrm) longrightarrow 4 mathrm( mathrm)+mathrm_<2>(mathrm<

Problém 61

Odhad $Delta_ G^< circ> $ za 2 000 dolárov. mathrm$ za každú reakciu v otázke 59 USD. $

Problém 62

Odhad $ Delta _ < mathrm> G^< circ> $ za 2 000 dolárov. mathrm$ za každú reakciu v otázke 60 $. $

Problém 63

Mnoho uhličitanov kovov sa dá rozkladať na oxid kovu a oxid uhličitý zahrievaním.
$
mathrm_ <3> ( mathrm <

s>) longrightarrow mathrm( mathrm)+ mathrm_ <2> ( mathrm <

g>)
$
(a) Vypočítajte zmeny entalpie, entropie a Gibbsovej voľnej energie pre túto reakciu pri 25,00 $^ mathrm$.
b) Je výhodný pre produkt alebo pre reaktant?
(c) Na základe znakov $ Delta _ < mathrm> H^$ a $Delta_> S^,$ predpovedajú, či je reakcia priaznivá pre produkt pri všetkých teplotách.
d) Predpovedajte najnižšiu teplotu, pri ktorej je možné získať značné množstvo výrobkov.

Problém 64

Niektoré oxidy kovov, ako je oxid olovnatý, sa môžu rozložiť na kov a kyslík jednoducho zahriatím.
$
mathrm( mathrm) longrightarrow mathrm( mathrm)+ frac <1> <2> mathrm_ <2> ( mathrm <

g>)
$
a) Je rozklad produktu oxidu II (II) výhodný za 25 $^ < circle> mathrm ? $ Vysvetlite.
b) Ak nie, môže sa to stať, ak sa zvýši teplota?
(c) Keď sa teplota zvyšuje, pri akej teplote sa reakcia najskôr stáva výhodnou pre produkt?

Problém 65

Použite experimentálne určený termochemický výraz
$
začať
mathrm_ <2> ( mathrm <

s>)+2 mathrm_ <2>mathrm( ell) longrightarrow mathrm_ <2>mathrm_ <2> ( mathrm <

kJ> / mathrm
koniec
$
a údaje z dodatku J na výpočet $Delta_> G^< circ> $ za $ mathrm( mathrm) _ <2> ( mathrm) $ za $ 25^ < circle> mathrm$. Porovnajte svoj výsledok s hodnotou v dodatku J.

Problém 66

Použite termochemický výraz
$mathrm_ <3> ( mathrm <

g>) longrightarrow mathrm_<5>(mathrm<

kJ> / mathrm$
a údaje z Prílohy $ mathrm$ na výpočet $ Delta _ < mathrm> G^< circ> $ za $ mathrm_ <5> ( mathrm <

Problém 67

Na získanie rovnovážnej konštanty $ K _ < mathrm použite údaje z Prílohy J

> $ za každú reakciu pri 298,15 $ mathrm <

K>$.
a) 2 doláre mathrm( mathrm) rightleftharpoons mathrm_ <2> ( mathrm <

g>) rightleftharpoons 2 mathrm( mathrm)$

Problém 68

Použiť údaje z dodatku $ mathrm$ na získanie rovnovážnej konštanty $ K _ < mathrm

> $ za každú z týchto reakcií pri 298 $ mathrm <

g>) rightleftharpoons mathrm_ <2> ( mathrm <

g>) rightleftharpoons mathrm_ <2>mathrm_<4>(mathrm<

Problém 70

Použite údaje v Prílohe $ mathrm$ na výpočet $ Delta _ < mathrm> G^< circ> $ a $ K _ < mathrm

> $ za 25 dolárov^ < Circ> mathrm$ za reakciu
$
2 mathrm( mathrm)+ mathrm_ <2> ( mathrm <

g>) ightleftharpoons 2 mathrm( mathrm)+ mathrm
_<2>(ell)
$
Komentujte spojenie medzi znakom $Delta_> G^< circ> $ a veľkosť $ K _ < mathrm

>$.

Problém 71

Pre každú reakciu odhadnite $K^$ pri uvedenej teplote.
a) 2 doláre mathrm_ <2> ( mathrm <

g>) rightleftharpoons 2 mathrm_ <2>mathrm( mathrm) $ za 800 dolárov. mathrm$
(b) 2 $ mathrm_ <2> ( mathrm <

g>) rightleftharpoons 2 mathrm_ <3> ( mathrm <

g>) $ za 500 dolárov. mathrm$
(c) 2 $ mathrm( mathrm) ightleftharpoons mathrm_ <2> ( mathrm <

Problém 72

Pre každú reakciu odhadnite $ K^< circle> $ pri uvedenej teplote.
a) $ mathrm_ <2> ( mathrm <

g>) rightleftharpoons 2 mathrm( mathrm) $ za 500 dolárov. mathrm$
b) $ mathrm_ <2> ( mathrm <

g>) rightleftharpoons 2 mathrm_ <3> ( mathrm <

g>) $ za 400 dolárov. mathrm$
(c) $mathrm( mathrm)+3 mathrm_ <2> ( mathrm <

g>) rightleftharpoons mathrm_<4>(mathrm<

g>)+ mathrm_ <2>mathrm( mathrm) $ za 800 $. mathrm$

Problém 73

Pre každú reakciu je rovnovážna konštanta 298 dolárov mathrm <

g>) rightleftharpoons 2 mathrm( mathrm) & K_> = 4,4 krát 10^ <18>
text <(b)> mathrm_ <2>mathrm( ell) rightleftharpoons mathrm_ <2>mathrm( mathrm) & amp K _ < mathrm

> = 3,17 krát 10^ <-2>
ext <(c) >mathrm_ <2> ( mathrm <

g>) rightleftharpoons 2 mathrm_ <3> ( mathrm <

Problém 74

Pre každú reakciu rovnovážna konštanta $298 mathrm<

Udáva sa K> $. Vypočítajte $Delta_> G^$ pre každú reakciu.
(a) $frac<1> <8>mathrm<

g>) rightleftharpoons mathrm_ <2> ( mathrm <

g>) rightleftharpoons 2 mathrm_ <2>mathrm( mathrm)$
(c) $mathrm_<4>(mathrm<

g>)+ mathrm_ <2>mathrm( mathrm) rightleftharpoons mathrm( mathrm)+3 mathrm_ <2> ( mathrm <

Problém 75

Ktoré z týchto reakcií je možné využiť na vykonanie užitočnej práce za 298 dolárov mathrm <

K> $ a 1 bar? Ktoré vyžadujú, aby sa vykonala práca na ich vzniku?
a) 2 doláre mathrm_ <6> mathrm_ <6> ( ell) +15 mathrm_ <2> ( mathrm <

g>) longrightarrow 12 mathrm_ <2> ( mathrm <

g>) longrightarrow mathrm_ <2> ( mathrm <

s>) longrightarrow mathrm( mathrm)+ mathrm_ <2> ( mathrm <

Problém 76

Ktoré z týchto reakcií je možné využiť na užitočnú prácu za $ 298 mathrm<

K> $ a 1 bar? Ktoré vyžadujú, aby sa vykonala práca na ich vzniku?
a) $ mathrm_ <2>mathrm_ <3> ( mathrm <

s>) longrightarrow 2 mathrm( mathrm)+ frac <3> <2> mathrm_ <2> ( mathrm <

g>) longrightarrow 2 mathrm_ <2> ( mathrm <

g>) longrightarrow mathrm_ <2>mathrm_<4>(mathrm<

Problém 77

Pre každú z reakcií v otázke 75, ktorá si vyžaduje vykonanie práce, vypočítajte minimálnu hmotnosť grafitu, ktorý by sa musel oxidovať na $mathrm_ <2> ( mathrm <

g>)$ na zabezpečenie potrebnej práce.

Problém 78

Pre každú z reakcií v otázke 76, ktorá si vyžaduje vykonanie práce, vypočítajte minimálnu hmotnosť plynného vodíka, ktorá by sa musela spáliť, aby sa vytvorila vodná para, aby sa zabezpečila potrebná práca.

Problém 79

Na získanie kovu z rudy je rozklad oxidu kovu na kov a kyslík často spojený s oxidáciou koksu (uhlíka) na oxid uhoľnatý. Pre každý uvedený oxid kovu napíšte vyváženú rovnicu pre rozklad oxidu a pre celkovú reakciu, keď je rozklad spojený s oxidáciou koksu na oxid uhoľnatý. Vypočítajte celkovú hodnotu $Delta_> G^ < circ> $ za každú spojenú reakciu pri 25 $^ < circ> mathrm$. Ktorý z kovov by sa dal z týchto rúd získať za 25 $^ mathrm$ touto metódou?
a) $ mathrm( mathrm)$
b) $ mathrm_ <2>mathrm( mathrm)$
(c) $mathrm( mathrm)$
d) $ mathrm( mathrm)$
(e) $mathrm( mathrm)$

Problém 80

Z ktorého z oxidov kovov v otázke 79 by sa mohol kov získať spojením redukcie oxidu s oxidáciou koksu na oxid uhoľnatý za 800 dolárov ?$

Problém 81

Z ktorého z oxidov kovov v otázke 79 by sa mohol kov získať spojením redukcie oxidu s oxidáciou koksu na oxid uhoľnatý za 1 500 $^ < circle> mathrm ?$

Problém 82

Uvedená molekulárna štruktúra je jednou z foriem glukózy, $ mathrm_ <6> mathrm_ <12> mathrm_<6>$
Glukózu je možné oxidovať na oxid uhličitý a vodu
podľa rovnice
$
mathrm_ <6> mathrm_ <12> mathrm_ <6> ( mathrm <

g>) longrightarrow 6 mathrm_ <2> ( mathrm <

Problém 83

Ďalším krokom v metabolizme glukózy, ktorý nastáva po vytvorení glukózo-6-fosfátu, je premena fruktóza-6-fosfátu na fruktóza-1,6-bisfosfát ("bis" znamená dva):
$
začať
text 6 text <-fosfát> ( mathrm)+ mathrm_ <2>mathrm_ <4>^<-> ( mathrm) & longrightarrow
& amp text 1,6 text <-bisfosfát (vod.)>+ mathrm_ <2>mathrm(ell)+mathrm^<+>( ext )
koniec
$
(a) Táto reakcia má Gibbsovu voľnú zmenu energie 16,7 mathrm <

kJ> / mathrm$ fruktóza-6-fosfátu. Je to endergonické alebo exergonické?
(b) Napíšte rovnicu na vytvorenie $1 mathrm<

mol> $ ADP od ATP, pre ktoré $ Delta _ < mathrm> G^< circ> =-30,5 mathrm <

kJ> / mathrm$
(c) Spojte tieto dve reakcie a získajte exergonický proces, napíšte jeho celkovú chemickú rovnicu a vypočítajte Gibbsovu voľnú zmenu energie.

Problém 84

V svalových bunkách pod podmienkou dynamického cvičenia sa glukóza premieňa na kyselinu mliečnu („laktát“), $ mathrm_ <3> mathrm,$ chemickou reakciou
$mathrm_ <6> mathrm_ <12> mathrm_ <6>longrightarrow 2 mathrm_ <3> mathrm quad Delta _ < mathrm> G^< circ prime> =-197 mathrm <

kJ> / mathrm$
a) Ak by sa všetka Gibbsova voľná energia z tejto reakcie použila na premenu ADP na ATP, vypočítajte, koľko mólov ATP je možné vyrobiť na mol glukózy.
(b) Aktuálna reakcia zahŕňa produkciu $3 mathrm<

mol> $ ATP na mol glukózy. Vypočítajte $ Delta _ < mathrm> G^$ pre túto celkovú reakciu.
(c) Je celková reakcia v časti (b) výhodná pre reaktanty alebo pre produkty?

Problém 85

Biologická oxidácia etanolu, $ mathrm_ <2>mathrm_ <5> mathrm$ je tiež zdrojom Gibbsovej voľnej energie.
a) Vykonáva oxidácia 1 dolár mathrm <

g>$ etanol dáva viac alebo menej energie ako oxidácia $1 mathrm<

g>$ glukóza? (Tip: Napíšte vyváženú rovnicu pre výrobu oxidu uhličitého a vody z etanolu a kyslíka a použite prílohu J.)
(b) Komentujte potenciálne problémy nahradenia glukózy etanolom vo vašej strave.

Problém 86

Aké zdroje používa ľudská spoločnosť na dodávku Gibbsovej energie zadarmo?

Problém 87

Na jeden deň si veďte záznam o všetkých aktivitách, ktoré vykonávate a ktoré spotrebúvajú Gibbsovu voľnú energiu. Rozlišujte medzi Gibbsovou voľnou energiou poskytovanou metabolizmom živín a tou, ktorú poskytujú iné energetické zdroje.

Problém 88

Ročne sa vyrobia miliardy libier kyseliny octovej, veľkú časť tvorí reakcia metanolu s oxidom uhoľnatým. (Predpokladajme, že $ T = 298 mathrm <

K> $.)
$
mathrm_ <3> mathrm( ell)+ mathrm( mathrm) longrightarrow mathrm_ <3> mathrm( ell)
$
(a) Výpočtom štandardnej Gibbsovej bezplatnej zmeny energie, $ Delta _ < mathrm> G^< circ>, $ za túto reakciu, ukazuje, že je obľúbená pre produkty.
(b) Určite štandardnú Gibbsovu zmenu voľnej energie $Delta_> G^< circ>, $ za reakciu kyseliny octovej s kyslíkom za vzniku plynného oxidu uhličitého a kvapalnej vody.
(c) Na základe tohto výsledku je kyselina octová termodynamicky stabilná v porovnaní s $mathrm_ <2> ( mathrm <

g>)$ a $mathrm_ <2>mathrm( ell) $?
d) Je kyselina octová kineticky stabilná v porovnaní s $ mathrm_ <2> ( mathrm <

Problém 89

Etylén reaguje s vodíkom za vzniku etánu.
$
mathrm_ <2>mathrm=mathrm_ <2> ( mathrm <

g>) rightleftharpoons mathrm_ <3> mathrm- mathrm_ <3> ( mathrm <

g>)
$
(a) Pomocou údajov v Prílohe $ J vypočítajte $ $ $ Delta _ < mathrm> G^$ za reakciu pri 25 $^ mathrm$. Je reakčný produkt za štandardných podmienok výhodný?
(b) Vypočítajte $ K _ < mathrm

> $ z $ Delta _ < mathrm> G^ < circ>. $ Komentujte spojenie medzi znakom $ Delta _ < mathrm> G^< circ> $ a veľkosť $ K _ < mathrm

>$.

Problém 89

Určte štandardnú Gibbsovu voľnú zmenu energie, $ Delta _ < mathrm> G^< circ>, $ za reakcie kvapalného metanolu, z $ mathrm( mathrm), $ a etynu, $ mathrm_ <2>mathrm_ <2> ( mathrm <

g>) $, s plynným kyslíkom za vzniku plynného oxidu uhličitého a (ak je prítomný vodík) kvapalnej vody za 298 dolárov mathrm <

K> $. Pomocou svojich výpočtov rozhodnite, ktoré z týchto látok sú kineticky stabilné a ktoré termodynamicky stabilné: $mathrm_ <3> mathrm(ell), mathrm( mathrm), mathrm_ <2>mathrm_ <2> ( mathrm <

Problém 90

Známe sú milióny organických zlúčenín a nové sa objavujú alebo vyrábajú rýchlosťou viac ako 100 000 zlúčenín ročne. Organické zlúčeniny horia na vzduchu pri vysokých teplotách za vzniku oxidu uhličitého a vody. Je uvedených niekoľko tried organických zlúčenín s jednoduchým príkladom každej z nich. Napíšte vyváženú chemickú rovnicu pre spaľovanie v $ mathrm_ <2> $ z každej z týchto zlúčenín a potom použite údaje v Prílohe $ mathrm$, aby sa ukázalo, že každá reakcia je pri izbovej teplote výhodná pre produkt.
$
začať
& amp začať
hline text & amp text
hline text & amp text mathrm_ <4>\
ext < Aromatické uhľovodíky >& ext < Benzén, >mathrm_ <6> mathrm_ <6>\
text & amp text mathrm_ <3> mathrm \
hline
koniec\
& amp text M
koniec
$
Z týchto výsledkov je rozumné predpokladať, že organické látky $ a l l $ sú v kyslíkovej atmosfére termodynamicky nestabilné (to znamená, že ich reakcia izbovej teploty s $ mathrm_ <2> ( mathrm <

g>)$ a $mathrm_ <2>mathrm( ell) $ je obľúbený pre produkty). Ak je táto hypotéza pravdivá, ako môžu existovať organické zlúčeniny na Zemi?

Problém 91

V skutočnosti je uhlík v $ mathrm_ <2> ( mathrm <

g>)$ je termodynamicky nestabilný vzhľadom na uhlík v uhličitane vápenatom (vápenec). Overte to stanovením štandardnej Gibbsovej zmeny voľnej energie pre reakciu vápna, $mathrm( mathrm),$ s $mathrm_ <2> ( mathrm <

Problém 92

Štandardná molárna entropia pár metanolu, $mathrm_ <3> mathrm( mathrm),$ je 239,8 $ mathrm<

mol>^<-1> $
(a) Vypočítajte zmenu entropie pre odparenie $1 mathrm<

mol> $ metanol (použite údaje z tabuľky 16.1 alebo dodatku J).
b) Vypočítajte entalpiu odparovania metanolu za predpokladu, že $ Delta_ S^$ nezávisí od teploty a teplota varu metanolu je 64,6 $^ mathrm$.

Problém 93

Štandardná molárna entropia jódových pár, $ mathrm_ <2> ( mathrm <

mol>^<-1>$ a štandardná molárna entalpia tvorby je $62,4 mathrm<

kJ> / mathrm$.
a) Vypočítajte zmenu entropie pre odparovanie 1 dolár mathrm <

mol> $ pevného jódu (použite údaje z tabuľky 16.1 alebo dodatku $ J $).
(b) Vypočítajte zmenu entalpie pre sublimáciu jódu.
(c) Za predpokladu, že $ Delta_ S^< circle> $ sa s teplotou nemení, odhadnite teplotu, pri ktorej by jód vznešil (zmena priamo z tuhej látky na plyn).

Problém 94

Tento problém vám pomôže pochopiť závislosť ekonomiky USA od energie. Pozrite si údaje o spotrebe energie k otázke 94 a pomocou internetu konvertujte zo štvorkoliek (quadrillion Btu) na jouly. Vypočítajte energetické zdroje (J) používané v priemysle ropných a uhoľných produktov
a) za jeden rok.
b) do jedného dňa.
c) do jednej sekundy.

Problém 95

Predstavte si, že ste podpísali zmluvu o poskytovaní energie, ktorú ropný a uhoľný priemysel každý rok spotrebuje (pozri otázku 94), a to tak, že zjete glukózu a dodáte jej výslednú energiu z jej oxidácie vo vašom tele.
a) Vypočítajte, koľko glukózy by ste museli denne zjesť, aby ste splnili zmluvu. Predpokladajme, že je úlohou niekoho iného, ​​aby zistil, ako dostať energiu uloženú vo vašom ATP do priemyslu!
(b) Olympijský šprintér využíva pri šprinte energiu v rozsahu 700 až 900 wattov. Porovnajte tento údaj s údajom, ktorý ste vypočítali v časti (a), a vyvodte závery o realizovateľnosti splnenia zmluvy.

Problém 96

Tabuľka údajov pre otázky 96 a 97 poskytuje údaje za $ 25^ < circ> mathrm$ za päť reakcií. Pre ktorú (ak existuje) z reakcií 1 až 5 je
a) $ K _ < mathrm

> $ väčšie ako $ K _ < mathrm>$ ?
b) uprednostňuje reakčný produkt?
c) v $ K _ < mathrme je iba jedna koncentrácia> $ výraz?
d) dochádza k zvýšeniu koncentrácií výrobkov pri zvýšení teploty?
e) nastala zmena v znaku $ Delta_ G^< circle> $, ak je voda namiesto plynu tekutá?

Problém 97

Tabuľka údajov pre otázky 96 a 97 poskytuje údaje za $ 25^ < circ> mathrm$ za päť reakcií. Pre ktoré (ak nejaké sú) reakcie 1 až 5 sú
a) $ K _ < mathrm

> $ menej ako $ K _ < mathrm>$ ?
b) dôjde k poklesu koncentrácií produktov pri zvýšení tlaku?
(c) hodnota $Delta_ S^$ pozitívny?
(d) znak $Delta_ G^< circle> $ v závislosti od teploty?

Problém 98

Ortuť je jed a jeho pary sa ľahko absorbujú pľúcami. Preto je dôležité, aby bol parciálny tlak ortuti čo najmenší v akejkoľvek oblasti, kde by jej mohli byť ľudia vystavení (napríklad v zubnej ordinácii). Príslušná rovnovážna reakcia je
$
meno operátora( ell) rightleftharpoons mathrm( mathrm)
$
Za $ mathrm( mathrm), Delta _ < mathrm> H^=61,4 mathrm<

kJ> / mathrm$. Použiť údaje z dodatku $ mathrm$ a tieto hodnoty na vyhodnotenie tlaku pár ortuti pri rôznych teplotách. (Nezabudnite, že koncentrácie čistých kvapalín a tuhých látok sa v rovnovážnom konštantnom vyjadrení neobjavujú a pre plyny $ K^< Circ $ zahŕňa tlaky v baroch.)
(a) Vypočítajte $ Delta _ < mathrm> G^ < circ> $ na odparenie ortuti pri 25 $^ < circ> mathrm$.
(b) Napíšte výraz rovnovážnej konštanty pre odparovanie ortuti.
(c) Vypočítajte $K^$ pre túto reakciu pri 25 $^ mathrm$.
d) Stanovte tlak pár ortuti na 25^ $ mathrm$.
(e) Odhadnite teplotu, pri ktorej tlak pár ortuti dosiahne $10 mathrm$.


Reverzibilné reakcie

Niektoré reakcie očividne reverzibilné a môžeme ich tlačiť v jednom alebo druhom smere zmenou podmienok, ako je teplota. Pri izbovej teplote (okolo 298 K) bude oxid vápenatý reagovať s oxidom uhličitým (napríklad vo vzduchu) za vzniku uhličitanu vápenatého. Oxid vápenatý sa používa v absorpčných trubiciach na ochranu iných chemikálií pred CO2 vo vzduchu.

Avšak nad asi 1200 K nastáva opačná reakcia, uhličitan vápenatý sa rozkladá za vzniku oxidu vápenatého a uvoľňuje oxid uhličitý. To je to, čo sa deje vo vápenkách, kde sa vápenec (uhličitan vápenatý) zahrieva na vápno (oxid vápenatý).

Takže by mohlo mať väčší zmysel písať

Všimnite si, že toto obrátenie reakcie nemá nič spoločné so skutočnosťou, že zvýšenie teploty urýchľuje reakcie. Tu sa teplota zmenila smer reakcie, nielen jej rýchlosti.

Vápenec sa kedysi takto ohrieval v peciach, aby sa zmenil na vápno

Odpoveď je náhoda!

Malé zamyslenie nás privedie k prekvapivej odpovedi na našu pôvodnú otázku &ndash &lsquo,prečo dochádza k určitým chemickým reakciám?&rsquo. Je to tak, že výsledok chemických reakcií sa riadi iba náhodou. Toto je to tak, pretože chemikálie nedokážu & lsquoknow & rsquo aký je výsledok reakcie by mali byť & ndash atómy vápnika, uhlíka a kyslíka nemôžu & lsquoknow & rsquo, že pri určitej teplote sú & lsquosupposed & rsquo, aby sa usporiadali ako CaCO3 , zatiaľ čo pri nejakej inej teplote by mali byť usporiadané ako CaO a CO2. Atómy, molekuly a ióny sa usporadúvajú takým spôsobom, akým je väčšina pravdepodobne len náhodou.

Na začiatku sa to môže zdať nepravdepodobné a výsledky chemických reakcií sú úplne predvídateľné, ako ich možno riadiť iba náhodou? magnézium vždy reaguje s kyselinou chlorovodíkovou za vzniku plynného vodíka a chloridu horečnatého v úplne predvídateľných množstvách - nezdá sa, že by to bola náhoda.

Štatistiky nám však hovoria, že udalosti sú riadené náhodou predvídateľné, ak ich je dostatok. Nemôžeme predpovedať výsledok a slobodný hod kockou, ale ak ju hodíme veľakrát, môžeme s veľkou istotou predpovedať, že bude rovnaký počet výskytov každého čísla. Veľmi veľké počty sú kľúčom a, samozrejme, v chemických systémoch sa vždy stretávame s veľkým počtom a spravidla v školskom experimente sa môžeme zaoberať množstvami obsahujúcimi až mol atómov alebo molekúl. Mól je 6 x 10 23 častíc a predstavuje nepredstaviteľne veľký počet. Priemyselne využívajú reakcie mnohonásobne viac ako toto.

Na skúmanie náhodného správania môžeme použiť počítačovú simuláciu. Spočiatku použijeme jednoduchý systém, ktorý ani nie je chemickou reakciou. Pozrime sa, ako sa objekty usporiadajú, ak sa náhodne prevrátia medzi dvoma políčkami. Simulácia nám umožňuje pozrieť sa na to, čo sa deje s rôznym počtom predmetov a rôznymi počiatočnými pozíciami. Je to analogické so situáciou dvoch plynových pohárov oddelených krycím sklíčkom. Jeden obsahuje plyn a druhý vákuum. Čo sa stane, keď je oddiel odstránený a prečo?

Pred vykonaním tejto simulácie by učitelia chceli urobiť konkrétnejšiu ukážku nevyhnutnosti miešania pretrepaním podobného počtu guľôčok dvoch rôznych farieb (povedzme po tucte od každého) do veľkého odmerného valca (najlepšie plastového, aby sa predišlo riziku) rozbitia). Začnite so všetkými guličkami jednej farby na vrchu. Stáva sa niekedy, že po pretrepaní skončia všetky guličky jednej farby na vrchu?

To ukazuje, že ak simulácia prebieha dostatočne dlho, počet objektov v každom políčku (ako ukazujú histogramy) sa vyrovná (s malými štatistickými odchýlkami). To sa stáva každý v čase, keď je simulácia spustená a stane sa náhodne. Máme teda celkom predvídateľný výsledok len náhodou. Inými slovami náhoda vedie k predvídateľnosti. Čím viac molekúl v simulácii, tým menej významné sú štatistické odchýlky. S veľkým počtom častíc v akejkoľvek skutočnej chemickej situácii sa tieto variácie stávajú úplne bezvýznamnými.

Poznámka. Je dôležité si uvedomiť, že v prípade skutočných molekúl v plynovom zariadení nie sú tieto molekuly & yquosucked & rsquo do vákua v prázdnej nádobe. Pohybujú sa náhodne a ak náhodou cestujú smerom k prázdnej nádobe, dorazia tam. Akonáhle sa tam dostanú, kolízia s bokmi nádoby alebo inými časticami ich môže znova poslať späť.

Výsledok simulácie je, samozrejme, v súlade s tým, čo sa deje v skutočnom živote. Ak odstránime krycie sklíčko medzi plynovým pohárom plným plynu a prázdnym, vieme s absolútnou istotou, že plyn sa bude rovnomerne šíriť medzi dvoma pohármi. Dôležitým bodom, ktorý si treba uvedomiť, je, že sa to stane len náhodou a nie preto, že molekuly plynu & lsquoknow & rsquo tam, kde by mali byť. Je tiež dôležité si uvedomiť, že aj keď počet molekúl v každej nádobe zostáva konštantný, nejedná sa o rovnaké molekuly a napriek tomu pokračuje pohyb molekúl tam a späť, ale rýchlosť pohybu zľava doprava je presne rovnaká ako v prípade zprava doľava. Túto situáciu nazývame a dynamická rovnováha.

Ďalšia simulácia vám umožňuje pozrieť sa na pravdepodobnosť rôznych usporiadaní objektov medzi dvoma krabicami s rôznym počtom častíc. Napríklad pre 100 častíc je usporiadanie 1 častice v ľavom rámčeku a 99 na pravej strane veľmi nepravdepodobné, zatiaľ čo usporiadanie 50 : 50 a ďalšie k nemu blízke, napríklad 49 51, sú veľmi pravdepodobné. Je to preto, že existuje oveľa viac spôsobov, ako tieto distribúcie prebiehajú. Dôvodom, prečo sa častice rovnomerne šíria medzi týmito dvoma škatuľami, je to, že medzi škatuľami je viac usporiadaní častíc, ktoré zodpovedajú miešaniu, než tých, ktoré zodpovedajú separácii. Hovoríme, že všetky úpravy & ndashin & ndashone & ndashbox sú usporiadanejšie (menej náhodné) ako rovnomerne & ndashspaced & ndashout.

Len pre dve častice, A a B, sú možné usporiadania v tabuľke 1. To vedie k trom možným pozorovateľným "stavom" systému - nemôžeme rozlíšiť medzi dvoma usporiadaniami 1/1, pretože častice sú identické.

Opatrenia Štát Počet opatrení, ktoré vedú k tomuto stavu
Box 1 Rámček 2
A a B žiadny 2/0 1
Iba Iba B. 1/1 2
Iba B. Iba A 1/1
žiadny B a A. 0/2 1

Tabuľka 1 Možné usporiadanie dvoch častíc medzi dvoma škatuľami

Miešanie 1/1 je možné získať dvoma spôsobmi a za predpokladu, že k tomuto stavu vedú dve usporiadania. Je to dvakrát pravdepodobnejšie ako v jednom zo stavov & lsquounmixed & rsquo, z ktorých každý má iba jedno usporiadanie. K dispozícii sú celkom štyri aranžmány.

Pre tri častice, A, B a C, sú možné usporiadania v tabuľke 2, čo vedie k štyrom pozorovateľným stavom.

Dojednania Štát Počet opatrení, ktoré vedú k tomuto stavu
Rámček 1 Rámček 2
A, B, C. žiadny 3/0 1
A, B len C 2/1 3
B, C Iba 2/1
C, A. Iba B. 2/1
Iba B, C 1/2 3
Iba B. C, A 1/2
len C A, B 1/2
žiadny A, B, C. 0/3 1

Tabuľka 2 Možné usporiadanie štyroch častíc medzi dvoma škatuľami

Študenti môžu byť požiadaní, aby urobili podobnú tabuľku pre štyri častice v dvoch boxoch a je tu celkom 16 (2 4 ) usporiadaní a päť pozorovateľných stavov. Vo všeobecnosti existujú usporiadania x y, kde x = počet políčok a y = počet častíc.

So šiestimi časticami stále existuje len jeden spôsob, ako mať všetky častice v rámčeku A, ale 20 spôsobov, ako usporiadať tri v rámčeku A a 3 v rámčeku B.

Všimnite si, že štáty s väčším miešaním sú pravdepodobnejšie ako štáty s menším počtom, pretože k nim vedie viac usporiadaní. Hovoríme, že tieto zmiešané usporiadania sú neusporiadanejšie alebo náhodnejšie ako tie, ktoré sú zmiešané a rsquo.


Smerovosť chemických reakcií# - Biológia

Všetky prvky sú najstabilnejšie, keď je ich najvzdialenejší obal naplnený elektrónmi podľa oktetového pravidla. Je to preto, že pre atómy je energeticky výhodné, aby boli v tejto konfigurácii a vďaka tomu sú stabilné. Keďže však nie všetky prvky majú dostatok elektrónov na vyplnenie ich vonkajších obalov, tvoria sa atómy chemické väzby s inými atómami, čím získavajú elektróny, ktoré potrebujú na dosiahnutie stabilnej konfigurácie elektrónov. Keď sa dva alebo viac atómov navzájom chemicky spojí, výsledná chemická štruktúra je molekula. Známa molekula vody, H2O, pozostáva z dvoch atómov vodíka a jedného atómu kyslíka, ktoré sa navzájom spájajú za vzniku vody, ako je znázornené na obrázku 1. Atómy môžu vytvárať molekuly darovaním, prijímaním alebo zdieľaním elektrónov na vyplnenie svojich vonkajších škrupín.

Obrázok 1. Dva alebo viac atómov sa môže navzájom viazať za vzniku molekuly. Keď dva vodíky a kyslík zdieľajú elektróny kovalentnými väzbami, vzniká molekula vody.

Chemické reakcie nastávajú, keď sa dva alebo viac atómov spoja dohromady a vytvoria molekuly alebo keď sa viazané atómy rozpadnú. Látky používané na začiatku chemickej reakcie sa nazývajú reaktanty (zvyčajne sa nachádzajú na ľavej strane chemickej rovnice) a látky nachádzajúce sa na konci reakcie sú známe ako Produkty (zvyčajne sa nachádza na pravej strane chemickej rovnice). Medzi reaktantmi a produktmi je obvykle nakreslená šípka na označenie smeru chemickej reakcie, tento smer nie je vždy „jednosmerný“. Na vytvorenie vyššie uvedenej molekuly vody by chemická rovnica bola:

Príkladom jednoduchej chemickej reakcie je rozpad molekúl peroxidu vodíka, z ktorých každá pozostáva z dvoch atómov vodíka spojených s dvoma atómami kyslíka (H2O2). Reaktant peroxid vodíka sa rozkladá na vodu obsahujúcu jeden atóm kyslíka viazaný na dva atómy vodíka (H2O) a kyslík, ktorý pozostáva z dvoch viazaných atómov kyslíka (O2). V nižšie uvedenej rovnici reakcia zahŕňa dve molekuly peroxidu vodíka a dve molekuly vody. Toto je príklad a vyvážená chemická rovnica, kde počet atómov každého prvku je rovnaký na každej strane rovnice. Podľa zákona o zachovaní hmoty by mal byť počet atómov pred a po chemickej reakcii rovnaký, aby za normálnych okolností nevznikli ani nezničili žiadne atómy.

Aj keď všetky reaktanty a produkty tejto reakcie sú molekuly (každý atóm zostáva viazaný najmenej na jeden ďalší atóm), pri tejto reakcii iba peroxid vodíka a voda predstavujú podtriedu molekúl známych ako zlúčeniny: obsahujú atómy viac ako jedného druhu prvku. Molekulárny kyslík, na druhej strane, ako je znázornené na obrázku 2, pozostáva z dvoch dvakrát viazaných atómov kyslíka a nie je klasifikovaný ako zlúčenina, ale ako prvok.

Obrázok 2. Atómy kyslíka v O2 molekuly sú spojené dvojitou väzbou.

Niektoré chemické reakcie, ako je tá, ktorá je uvedená vyššie, môžu prebiehať jedným smerom, kým sa všetky reakčné zložky nespotrebujú. Rovnice, ktoré opisujú tieto reakcie, obsahujú jednosmernú šípku a sú nezvratné. Reverzibilné reakcie sú tie, ktoré môžu ísť oboma smermi. Pri reverzibilných reakciách sa reakčné zložky menia na produkty, ale keď koncentrácia produktu prekročí určitú prahovú hodnotu (charakteristickú pre konkrétnu reakciu), niektoré z týchto produktov sa v tomto bode prevedú späť na reaktanty, označenia produktov a reaktantov sú obrátené. Toto tam a späť pokračuje, kým nenastane určitá relatívna rovnováha medzi reaktantmi a produktmi - takzvaný stav rovnováha. Tieto situácie reverzibilných reakcií sú často označované chemickou rovnicou s dvojitou šípkou smerujúcou k reaktantom aj k produktom.

Napríklad v ľudskej krvi sa prebytočné ióny vodíka (H +) viažu na ióny bikarbonátu (HCO3 -) vytvárajúci rovnovážny stav s kyselinou uhličitou (H2CO3). Ak by sa do tohto systému pridala kyselina uhličitá, časť by sa premenila na hydrogenuhličitany a vodíkové ióny.

Pri biologických reakciách sa však rovnováha dosiahne len zriedka, pretože koncentrácie reaktantov alebo produktov alebo oboch sa neustále menia, často s tým, že produkt jednej reakcie je reaktantom iného. Aby sme sa vrátili k príkladu prebytočných vodíkových iónov v krvi, hlavným smerom reakcie bude tvorba kyseliny uhličitej. Kyselina uhličitá však môže tiež opustiť telo ako plynný oxid uhličitý (výdychom) namiesto toho, aby sa premenila späť na hydrogénuhličitanový ión, čím chemickým zákonom známym ako reakcia smeruje reakciu doprava. zákon masovej akcie. Tieto reakcie sú dôležité pre udržanie homeostázy našej krvi.


Funkcie exergonických reakcií

Exergonické reakcie používajú živé bytosti na presun energie z „úložiska“ v jednej molekule, ako je cukor alebo tuk, do aktívnej formy, ako je ATP. To sa deje prerušením chemických väzieb v cukre alebo tuku a prechodom jeho energie vo forme elektrónov alebo inej meny do novej molekuly.

Vysoko účinný proces bunkového dýchania využíva elektrónové transportné reťazce a ďalšie vysoko špecializované chemické zariadenia na vytvorenie šokujúcich 38 molekúl ATP z jednej molekuly glukózy (hoci sa pri tomto procese spotrebuje šesť molekúl ATP, čím sa získa čistý zisk 32).

Menej efektívne organizmy môžu byť schopné využiť dostatok energie z rozpadu glukózových väzieb na produkciu niekoľkých molekúl ATP – ale to je stále dostatočné na udržanie života!


Priemerné reakčné rýchlosti

Priemerná rýchlosť reakcie (sadzbaA) - zmena koncentrácie reakčného činidla alebo produktu za daný časový interval.

Rovnica priemerná rýchlosť reakcie:

  • [A] predstavuje koncentráciu A v mol/l,
  • ∆[A] predstavuje zmenu koncentrácie A v mol/l,
  • ∆t predstavuje časový interval alebo zmenu v čase.

Pretože koncentrácia produktu rastie s priebehom reakcie, potom bude A [A] kladný, ak A je produkt. Koncentrácia reaktantu sa však časom zníži, takže Δ [A] bude záporné množstvo, ak A je reaktant.

Podľa konvencie sú reakčné rýchlosti vždy vyjadrené ako kladné hodnoty.

Stanovenie priemernej reakčnej rýchlosti pomocou grafických údajov

Spôsob, ako určiť priemernú rýchlosť reakcie, je pomocou údajov vynesených do grafu.

Priemerná rýchlosť reakcie medzi dvoma časovými bodmi, t1 a t2 , sa rovná sklonu úsečnej čiary nakreslenej medzi bodmi t1 a t2 na osi x grafu:

kde ∆y a ∆x sa odčítajú z hodnôt na osi y a osi x.

Koncentrácia reaktantu, A, vynesená do grafu ako funkcia času.

Priemerná rýchlosť miznutia reaktantu z bodu t1 do bodu t2 je sklon sečnice.

Sekantná čiara je čiara, ktorá pretína dva body na krivke.

Sklon čiary je mierou toho, ako strmá je čiara vzhľadom na vodorovnú os.

Pretože sa rýchlosť reakcie mení s časom a rýchlosť sa môže líšiť v závislosti od toho, ktorý reaktant alebo produkt sa študuje, je potrebné byť veľmi špecifický pri popisovaní rýchlosti chemickej reakcie.

Okamžitá rýchlosť reakcie

Rýchlosť okamžitej reakcie - rýchlosť chemickej reakcie v jednom časovom bode.

Okamžitá rýchlosť v ľubovoľnom čase t sa rovná sklon dotyčnice ku krivke v tom konkrétnom okamihu v čase.

Tangenta je priamka, ktorá sa dotýka krivky v jednom bode a neprechádza krivkou.

Okamžité rýchlosti reakcie sú dané sklonmi dotyčníc v špecifických časoch záujmu, v tomto prípade t1 a t2.

Pre každú chemickú reakciu môže byť reakčná rýchlosť vyjadrená akýmkoľvek reaktantom alebo produktom a všetky tieto rýchlosti sú spojené stechiometrickými vzťahmi, ktoré sa nachádzajú vo vyváženej chemickej rovnici.

Faktory ovplyvňujúce rýchlosť reakcie

Existuje mnoho faktorov, ktoré môžu ovplyvniť rýchlosť chemickej reakcie:

  1. chemické a fyzikálne vlastnosti reaktantov,
  2. koncentrácia reaktantu (reaktantov),
  3. teplota, pri ktorej prebieha reakcia,
  4. prítomnosť látky, ktorá sa priamo nezúčastňuje na samotnej reakcii, môže zmeniť rýchlosť chemickej reakcie.

Ø Biológovia veria, že súčasný život vznikol v dávnej minulosti chemická látkas od ‘Biochemická evolúcia“Alebo„Chemická evolúcia’.

Ø Biochemický vývoj: Vznik zložitých organických molekúl z jednoduchších anorganických molekúl chemickými reakciami v oceánoch počas ranej histórie Zeme.

Ø Biochemická evolúcia bola Prvý krok vo vývoji života na Zemi.

Ø Obdobie chemickej evolúcie trvalo asi miliardu rokov.

Ø Táto teória sa nazýva aj ako Molekulárna evolúcia alebo Chemická evolúcia alebo Moderná teória pôvodu života

Ø Je to nová verzia „Abiogenéza’.

Ø Teória biochemického pôvodu života bola:

$. Navrhované Oparin & Haldane (1924).

$. Dôkazy poskytol Urey & amp Miller (1953).

Ø Teória vysvetľuje, že:

$. Život vznikol z jednoduchého anorganické látok.

$. Anorganické látky sa transformujú na organické látky.

$. Koloidné látky s „životaSa správali ako súčasné prokaryotické bunky.

Pôvod života na Zemi zahŕňa nasledujúce procesy postupným spôsobom:

(1). Pôvod Zeme

(2). Tvorba vody, amoniaku a metánu

(3). Tvorba mikro-molekúl

(4). Tvorba makromolekúl

(5). Tvorba nukleových kyselín

(6). Tvorba nukleoproteínov

(7). Koacervácia

(8). Tvorba pre-buniek alebo Pro-buniek

(9). Bunková formácia

(1). Pôvod Zeme

Ø Pôvod planéty Zem nastal pred vznikom života.

Ø Verí sa, že Zem vznikla zo Slnka okolo 4,54 miliardy pred rokmi.

Ø Kúsok slnka zlomený od slnka.

Ø Kus sa potom postupne vzďaľuje od slnka.

Ø Zlomený kus bol a POŽARNE dvere.

Ø Obsahuje roztavenú hmotu plynov a pár rôznych prvkov.

Ø Teplota bola veľmi vysoká (asi 5000 až 6000 o C).

Ø Keď sa Zem vzďaľuje od Slnka, ochladzuje sa.

Ø Ťažšie prvky ako napr Ni a Fe obsadené v jadre zeme.

Ø Ľahšie prvky ako napr On, H, O, N a C obsadil zemskú atmosféru.

Ø Koncentrácia molekulárneho kyslíka (O2) bol veľmi malý alebo žiadny.

Ø Život pochádza predovšetkým z prvkov obsadených v atmosfére.

Ø Tieto prvky prešli po niekoľko miliónov rokov sériou progresívnych zmien.

Ø Tieto zmeny mali za následok vznik života na Zemi.

Ø Takýto typ pôvodu života z chemických látok sa nazýva chemická evolúcia.

Ø energie Chemické reakcie požadované zo slnečného žiarenia, bleskov a vulkanických aktivít.

(2). Tvorba vody, amoniaku a metánu

Ø Primitívna zemská atmosféra obsahuje veľké množstvo H, N, C a málo O.

Ø Vodík reagoval s inými atómami za vzniku rôznych molekúl.

$. Vodík skombinované s Dusík formovať Amoniak (NH3).

$. Vodík skombinované s Uhlík formovať Metán (CH4).

$. Vodík v kombinácii s Oxygen do formy Water (H.2O).

Ø Ako roky plynuli, zemská atmosféra sa postupne ochladzovala.

Ø Para vody v atmosfére kondenzovaná na kvapalnú vodu.

Ø To malo za následok vznik dážď (zrážky).

Ø Keďže zem bola horúca, keď dažďová voda dosiahla zemský povrch, okamžite sa znovu vyparí.

Ø To opäť produkuje dážď v ďalšom cykle.

Ø Tento proces opätovného odparovania a dažďa pokračoval mnoho rokov.

Ø To postupne viedlo k ochladzovaniu zemského povrchu.

Ø Dažďová voda sa hromadí na zemskom povrchu.

Ø To malo za následok vznik riek, potokov, jazier a oceánov.

Ø Zlúčeniny ako metán a amoniak sa rozpúšťajú v dažďovej vode.

Ø Dostali sa na zemský povrch a nahromadili sa v oceáne.

Ø Rozpustili sa aj minerálne horniny zemského povrchu voda.

Ø Výsledkom bolo nahromadenie minerálov v morskej vode.

(3). Tvorba mikromolekúl

Ø Molekuly, ktoré majú menšiu veľkosť, sa nazývajú mikro-molekúl.

Ø Hlavné mikro-molekuly potrebné na vznik života na Zemi sú:

Ø Vznikajú spojením už vytvorených zlúčenín (amoniak, metán atď.) a prvkov (nahromadených v oceáne).

Ø Ich kombinácie a reakcie vyžadovali vysoký vstup energie.

Ø Energia sa získavala zo slnečného svetla, bleskov a sopečných aktivít.

(4). Tvorba makromolekúl (kondenzácia alebo polymerizácia)

Ø Makromolekuly vznikli kombináciou mikromolekúl.

Ø Dôležité makromolekuly života sú:

$. Proteíny: Vzniká polymerizáciou aminokyselín.

$. Lipidy: Vzniká polymerizáciou alkoholov a mastných kyselín.

$. Polysacharidy: Vytvorený polymerizáciou monosacharidy.

$. Nukleové kyseliny: Vzniká polymerizáciou purínov, pyrimidínov a kyseliny fosforečnej a cukrov

Ø Kombinačný proces mikromolekúl za vzniku makromolekúl sa nazýva kondenzácia alebo polymerizácia.

Ø Proteíny môžu byť prvou makromolekulou vytvorenou počas biochemického vývoja.

Ø Prvé vytvorené bielkoviny boli tzv proto-proteíny.

Proto-proteíny

Ø Protoproteíny boli prvé vytvorené bielkoviny počas chemického vzniku života na Zemi.

Ø Všetky súčasné proteíny boli vyvinuté z „proto-proteínov“

Ø Protoproteíny boli malé bielkoviny z 15-20 aminokyselín zvyšky vo veľkosti.

Ø Môžu mať niektoré primitívne funkcie.

Ø Postupom času vznikali stále stabilnejšie a funkčnejšie proteíny pridávaním štruktúrnych prvkov k protoproteínom.

Ø Nazývajú sa aj ako Tepelné proteíny.

Ø Protenoid je polypeptid alebo zmes polypeptidov získaných zahrievanie zmesi aminokyselín.

Ø Sú to proteínové, často zosieťované molekuly.

Ø Vznikli abioticky z aminokyselín.

Ø Podľa Sidneyho W. Foxove protenoidy mohli byť prekurzormi prvých živých buniek (proto-buniek).

(5). Tvorba nukleových kyselín

Ø Nukleové kyseliny vznikli kondenzáciou kyseliny fosforečnej, cukrov, purínu a pyrimidínu.

Ø Najprv nukleozidy boli vytvorené.

Ø Potom nukleotidy boli vytvorené.

Ø Nukleotidy polymerizované za vzniku nukleových kyselín (RNA a DNA).

Najprv sa vytvorila Ø RNA, DNA sa neskôr vytvorila z RNA.

Ø RNA bola prvý genetický materiál.

Ø Neskôr bola RNA ako genetický materiál nahradená DNA.

Ø DNA je stabilnejšia ako RNA.

Hypotéza sveta RNA

Ø Navrhol Alexander Rich v roku 1962

Ø Popis: Svet RNA je hypotetická etapa v evolučnej histórii života na Zemi, v ktorej sa samoreprodukujúce sa molekuly RNA množili pred vývojom DNA a proteínov. Rovnako ako DNA, aj RNA môže uchovávať a replikovať genetické informácie ako proteín enzýmyRNA enzýmy (ribozýmy) môžu katalyzovať (spustiť alebo urýchliť) chemické reakcie, ktoré sú kritické pre život. Jedna z najdôležitejších zložiek buniek, ribozóm, sa skladá predovšetkým z RNA.

(6). Tvorba nukleoproteínov

Ø Proteíny a nukleové kyseliny sa spoja za vzniku nukleoproteíny.

Ø Nukleoproteíny začali vykonávať špecifické funkcie.

Ø Tieto molekuly získali činnosti podobné enzýmom.

Ø Nukleoproteíny boli stabilnejšie ako samotná nukleová kyselina.

(7). Koacerváty a koacervácia

Ø Význam slova: „Zhromaždiť sa

Ø Koacerváty: Sú to kvapôčky bohaté na organické látky tvorené separáciou fáz kvapalina-kvapalina, ktoré sú výsledkom najmä asociácie opačne nabitých molekúl (polysacharidy, proteíny, makroióny) alebo hydrofóbnych proteínov.

Ø Koacervácia: Fenomén, ktorý vytvára koacervátové koloidné kvapôčky.

Ø Keď dôjde ku koacervácii, budú koexistovať DVE kvapalné fázy.

$. Hustá fáza bohatá na polyméry (koacervátová fáza).

$. Veľmi zriedená fáza s nedostatkom polymérov (zriedená fáza).

Ø Proces koacervácie navrhol Oparin a Haldane

Ø Makromolekuly vzniknuté polymerizáciou mikromolekúl prešli zrážaním v mori.

Ø Zrážky mali za následok agregáciu makromolekúl.

Ø Výsledkom agregácie bolo vytvorenie organizovaných štruktúr.

Ø Tieto organizované štruktúry možno nazvať ako Koacerváty.

Ø Koacerváty sú zreteľné koloidné kvapôčky objavené v mori.

Ø Menšie koacerváty sa spojili a vytvorili väčšie koacerváty.

Ø Koacerváty NIE boli zmiešané s okolitou vodou.

Ø Koacerváty obsahovali bielkoviny, nukleové kyseliny a ďalšie organické a anorganické zlúčeniny.

Ø Pomer týchto zlúčenín v koacervátoch sa veľmi líši.

Ø Povrch koacervátov mal schopnosť selektívne absorbovať ďalšie látky z média (morskej vody).

Ø Podľa Oparina sa koacerváty správali ako živé molekuly.

Ø Tiež navrhol, že koacerváty môžu viesť k bunkovým štruktúram.

Ø Koacerváty sa nazývali aj ako mikroguľôčky.

Ø Koacerváty alebo mikroguľôčky vykazujú znaky živej bunky:

$. Mali mikroskopickú veľkosť

$. Vo vode boli stabilné

$. Mali okolo seba dvojvrstvové hranice

$. Prešli štiepením, pučaním a fragmentáciou

(8). Tvorba proto-buniek

Ø Prvá živá bunka je tzv Proto-bunky alebo Pro-cell alebo Proto-biont.

Ø Protobunky vznikli spontánne v morskej vode.

Ø Protobunky mali guľovitý tvar.

Ø Okolo nej mali dvojvrstvovú membránu.

Ø Mala schopnosť reprodukovať sa štiepením, pučaním alebo fragmentáciou.

Ø Mal kapacitu prijímať materiály z okolia.

Ø Energiu získavajte fermentáciou organických látok. Protobunky boli teda anaeróby.

(9). Tvorba buniek

Ø Z proto-buniek vznikli bunky.

Ø Protobunky získali genetický materiál (RNA alebo DNA alebo nukleoproteín).

Ø S najväčšou pravdepodobnosťou môže byť genetickým materiálom RNA.

Ø Vyzerali ako moderné baktérie alebo vírusy.

Ø RNA alebo DNA získali schopnosť sebareplikácie.

Ø Genetický materiál začal pomáhať syntéze bielkovín.

Ø Genetický materiál získal replikačnú kapacitu.

Ø Skoršie bunky získavajú energiu z fermentácie

Ø Fermentáciou sa uvoľnilo veľké množstvo CO2 do atmosféry

Ø CO2 nahromadené v atmosfére.

Ø Nepretržitá fermentácia mala za následok vyčerpanie zdrojov.

Ø Tento stav môže byť zodpovedný za vývoj chlorofylu.

Ø Chlorofyly začali zachytávať CO2 a fixovať svetelnú energiu.

Ø Produkovaná fotosyntézou O2 ako vedľajší produkt.

Ø O2 produkovaný fotosyntézou sa uvoľňuje do atmosféry.

Ø Týmto sa heterotrofné bunky transformovali na autotrofné bunky.

Ø Keď vznikal život, atmosféra bola anaeróbna.

Ø Molekulárneho kyslíka bolo veľmi málo alebo chýbalo.

Ø Životný proces postupne menil anaeróbne podmienky na aeróbne.

Miesto pôvodu života na Zemi

Ø „More je matkou života“.

Ø Väčšina vedcov verila, že život vznikol vo vode v mori.

Ø V mori vznikol život v hlboké hydrotermálne prieduchy.

Ø Tento názor je podporený mnohými faktami:

$. Väčšina jednoduchých a primitívnych zvierat a rastlín je vodných

$. Protoplazma a telesné tekutiny obsahujú soľ podobnú moru

$. Najskoršie fosílie boli získané z morského dna

Máte nejaké otázky?
Nechajte ma prosím v sekcii Komentáre nižšie.
Rád si prečítam vaše komentáre a odpovede.


Spaľovacia reakcia je druh redoxnej reakcie, pri ktorej sa horľavý materiál kombinuje s oxidačným činidlom za vzniku oxidovaných produktov a vytvárania tepla (exotermická reakcia). Pri spaľovacom procese sa kyslík obvykle kombinuje s inou zlúčeninou za vzniku oxidu uhličitého a vody. Príkladom spaľovacej reakcie je spaľovanie naftalénu:
C10H8 + 12 O2 → 10 CO2 + 4 H2O

Pri izomerizačnej reakcii sa mení štruktúrne usporiadanie zlúčeniny, ale jej čisté atómové zloženie zostáva rovnaké.


Pozri si video: Názvosloví - křížové pravidlo (Septembra 2022).


Komentáre:

  1. Khachig

    the Infinite discussion :)

  2. Airdsgainne

    Now riding will become safe and pleasant entertainment for you.

  3. Healleah

    Of course, you can never be sure.

  4. Fauzahn

    Zaujímavé aj pre účtovníka))))



Napíšte správu