33
1 KİMYASAL TERMODİNAMİK KAVRAMLARI I OSMAN ATEŞ

Kimyasal termodinamik kavramları

  • Upload
    osman99

  • View
    1.385

  • Download
    7

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Kimyasal termodinamik kavramları

1

KİMYASAL TERMODİNAMİK KAVRAMLARI I

OSMAN ATEŞ

Page 2: Kimyasal termodinamik kavramları

2

Canlı hücredeki reaksiyonlar

Canlı hücredeki reaksiyonların çoğu, beş genel kategoriden birine uyar:•Fonksiyonel grup transferi •Oksidasyon-redüksiyon •Bir veya daha fazla karbon atomu çevresindeki bağ yapısının yeniden düzenlenmesi •CC bağlarını oluşturan veya yıkan reaksiyonlar•Bir molekül su çıkışıyla iki molekülün kondensasyonu reaksiyonları

Page 3: Kimyasal termodinamik kavramları

3

Fonksiyonel grup transferi

Page 4: Kimyasal termodinamik kavramları

4

Oksidasyon-redüksiyon

Page 5: Kimyasal termodinamik kavramları

5

Bir veya daha fazla karbon atomu çevresindeki bağ yapısının yeniden düzenlenmesi

Page 6: Kimyasal termodinamik kavramları

6

CC bağlarını oluşturan veya yıkan reaksiyonlar

Page 7: Kimyasal termodinamik kavramları

7

Bir molekül su çıkışıyla iki molekülün kondensasyonu reaksiyonları

Page 8: Kimyasal termodinamik kavramları

8

Genel olarak biyokimyasal reaksiyonlarda, nükleofiller ile elektrofiller arasındaki etkileşimden kimyasal bağlar oluşur veya mevcut bağlar yıkılarak yenileri oluşturulur.

Page 9: Kimyasal termodinamik kavramları

9

Nükleofiller, elektrondan zengin ve bunları verme yeteneğinde olan atom veya atom gruplarıdır

Page 10: Kimyasal termodinamik kavramları

10

Elektrofiller, elektronları eksik ve elektron elde etmeye çalışan atom veya atom gruplarıdır.

Page 11: Kimyasal termodinamik kavramları

11

Genel olarak biyokimyasal reaksiyonlarda, olaya katılan maddelerin termodinamik özellikleri denen bazı özelliklerde değişmeler olur.

Termodinamik özellikler ve aralarındaki ilişkiler, termodinamik adı verilen ayrı bir bilim dalında incelenir.

Page 12: Kimyasal termodinamik kavramları

12

Termodinamikte bir organizma, bir hücre veya birbiri ile reaksiyona giren iki madde, sistem olarak tanımlanır. Bir sistem, bir çevre içinde yer almaktadır. Sistem ve çevrenin ikisi birlikte de evreni oluştururlar.

Termodinamik

Page 13: Kimyasal termodinamik kavramları

13

Çevre ile enerji ve madde alışverişlerindeki ilişkilere göre izole, kapalı ve açık olmak üzere üç farklı sistem türü tanımlanır.

Page 14: Kimyasal termodinamik kavramları

14

İzole sistemlerde çevre ile enerji ve madde alışverişi olmaz.

Page 15: Kimyasal termodinamik kavramları

15

Kapalı sistemlerde çevre ile enerji alışverişi olur, fakat madde alışverişi olmaz.

Page 16: Kimyasal termodinamik kavramları

16

Açık sistemlerde çevre ile hem enerji hem madde alışverişi olur.

Page 17: Kimyasal termodinamik kavramları

17

Termodinamik özellikler:•enerji (E)•entalpi (H)•entropi (S)•serbest enerji (G)

Kimyasal reaksiyonlar sırasında reaksiyona katılan maddeler (reaktantlar, substratlar) ve reaksiyon sonunda oluşan maddelerin (ürünler) enerjilerinde, entalpilerinde, entropilerinde, serbest enerjilerinde değişimler olmaktadır.

Page 18: Kimyasal termodinamik kavramları

18

Enerji (E), iş yapma kabiliyetidir.

Enerji birimi jouledür (J).

kalori (cal) de enerji birimi olarak kullanılır.

(1 cal=4,187 J)

Page 19: Kimyasal termodinamik kavramları

19

Bir molekülün enerjisi, nükleus içi enerjileri ve moleküler elektronik, translasyonal, rotasyonal, vibrasyonal enerjileri kapsar.

Page 20: Kimyasal termodinamik kavramları

20

Kimyasal reaksiyonlar sırasında substratlar ve ürünlerdeki enerji değişimi (∆E) olarak ifade edilir.

E1E2

E2-E1=ΔE

Page 21: Kimyasal termodinamik kavramları

21

Entalpi (H), enerji ile ilişkili bir durum fonksiyonudur. Kimyasal reaksiyonlarda reaksiyon sisteminin ısı içeriğini tanımlar.

H1H2

H2-H1=ΔH

Page 22: Kimyasal termodinamik kavramları

22

Sistemin volüm artışı veya volüm azalmasından başka iş yapılmazsa Entalpi değişikliği (∆H), çevreden alınan veya çevreye verilen ısı miktarıdır.

∆H = ∆E + ∆(PV)

H1H2

H2-H1=ΔH

Page 23: Kimyasal termodinamik kavramları

23

Bir kimyasal reaksiyon sırasında çevreye ısı yayılıyorsa, ∆H negatif (−) ve reaksiyon ekzotermik reaksiyondur.

Page 24: Kimyasal termodinamik kavramları

24

Bir kimyasal reaksiyon sırasında çevreden ısı alınıyorsa, ∆H pozitif (+) ve reaksiyon endotermik reaksiyondur.

Page 25: Kimyasal termodinamik kavramları

25

Termodinamiğin birinci yasası

Bir sistemin enerjisinde herhangi bir değişiklik çevrede eşit ve zıt bir değişikliği gerektirir.

Herhangi fiziksel veya kimyasal değişimde enerjinin biçimi değişebilir, fakat evrendeki total enerji miktarı sabit kalır.

Page 26: Kimyasal termodinamik kavramları

26

Entropi (S), kimyasal bir sistemin komponentlerinin rasgelelik veya düzensizliğidir.

Sistemin düzensizliğinde herhangi bir değişiklik entropi değişikliği (∆S) olarak ifade edilir.

S1S2

S2-S1=ΔS

Page 27: Kimyasal termodinamik kavramları

27

Sistemin düzensizliğinin artması (düzenliliğin azalması) durumunda ∆S’nin değeri pozitifdir (+).

Sistemin düzensizliğinin azalması (düzenliliğin artması) durumunda ∆S’nin değeri negatifdir (-).

Page 28: Kimyasal termodinamik kavramları

28

Termodinamiğin ikinci yasası

Kendiliğinden gerçekleşen herhangi bir süreçte sistem ve çevrenin total entropisi artar.

“Evren kaçınılmaz olarak düzenli durumdan

daha düzensiz duruma gider.”

Page 29: Kimyasal termodinamik kavramları

29

Termodinamiğin üçüncü yasası

0oK sıcaklıkta entropi sıfırdır

Page 30: Kimyasal termodinamik kavramları

30

Serbest enerji (G), sistemin iş yapmak için kullanılabilir enerjisidir.

Sistemin serbest enerjisinde değişiklik bir iş yapılmasıyla birlikte olur. Bu iş kimyasal iş veya kimyasal enerji şeklinde olabilir.

Canlılarda enerji dönüşümü ve bu dönüşümün gerçekleşmesini sağlayan biyokimyasal olayların tümü biyoenerjetikler olarak adlandırılmaktadır.

G1 G2

Page 31: Kimyasal termodinamik kavramları

31

Serbest enerji değişikliği ∆G sembolü ile ifade edilir.

Gibbs serbest enerjisi olarak da bilinen serbest enerji, entalpi (H) ve entropinin (S) bir fonksiyonu olarak ifade edilebilir. T mutlak sıcaklık (oK) olduğuna göre:

G1 G2

G2-G1=ΔG

Page 32: Kimyasal termodinamik kavramları

32

Kimyasal reaksiyonlar için 298oK (25oC) sıcaklık, 1 atmosfer basınç, pH=0 ([H+]=1M) ve her komponent için 1 M konsantrasyon şartları, standart şartlar olarak belirlenmiştir.

Biyokimyasal reaksiyonların çoğu, pH=7’ye yakın olacak şekilde iyi tamponlanmış sulu çözeltilerde meydana gelir; hem pH, hem de suyun konsantrasyonu sabit kalır.

Biyokimyacılar tarafından belirlenen standart durumda pH=7 ([H+]=10−7M) ve suyun konsantrasyonu 55,5 M’dır.

Page 33: Kimyasal termodinamik kavramları

33

Bir reaksiyon için standart şartlar altında serbest enerji değişikliği standart serbest enerji değişikliği olarak tanımlanır ve bu, ∆Go sembolü ile gösterilir.

Biyokimyasal standart duruma dayanan fiziksel değerler, kimyacılar ve fizikçiler tarafından kullanılanlardan ayırtetmek için üs işareti ile yazılır.