KIMYOVIY TERMODINAMIKA. BIOENERGETIKANING ILMIY ASOSLARI. Assosiy qism I. Kimyoviy termodinamika asoslari. (predmeti). Kimeviy jaraenlar sodir bulishda birikaetgan atom, molekula va ionlarning elektron kobiklarida uzgarishlar sodir buladi. Buning natijasida energiya ajraladi eki E yutiladi, (boglar mustaxkamlanadi). Organizmda moddalar almashinuvi bilan birgshalikda energiya almashinuvi xam sodir buladi. Bu protsessal tuxtab kolsa xaet tuxtaydi. Ozik-ovkat bilan birga tirik organizmlarga atrof muxitdan moddalar tushadi. Organizmdagi bu moddalarning kimeviy tuzilishi uzgarib kimeviy energiyasining katta zapasi tuplanadi. Bu jaraen assimilyasiya jaraenidir. (anabolizm). Aksincha protsess – dissimilyasiyadir – ya’ni xim. Modda tuzilishi uzgarib, energiyaning chikishiga sabab buladigan jaraendir. (katabolizm). Odam organizmi uchun assimilyasiya erta yoshlarda namoen buladi. Dissimilyasiya kari organizmda namoen buladi va energiya yukoladi. Termodinamika-bu energiya saklanish konuni va energiyaning boshka energiyaga aylanishini urganuvchi predmetdir. Termodinamika konunlari universaldir, ular jonli va jonsiz tabiatga xoli kerak. Termodinamika konunlari energiyani sistemada atrof muxitga ajratib chikigshi va aksincha yutishini ta’riflab bergan. II . Termodinamikaning sistemalari. Ochik sistemalar – tashki muxit bilan energiya va massasi bilan almashinishi. Misol: tirik organizmlar (geterogen sistemalar). 1. Epik sistema – fakat energiyasi bilan almashinadi. 2. – tashki muxit bilan birikmaydi. 3. Gomogen sistema – fazalar birxil. 4. geterogen sistema – fazalar xar xil bilan. Asosiy Termodinamik parametrlarga: T, V, R, S ( temperatura, xajm, bosim, konsentratsiya) kiradi. Bundan tashkari 1. Ichki energiya - U 2. Entalpiya - N 3. Entropiya - S III. Termodinamikaning birinchi konuni. Ichki energiya Agar sistemaga kandaydir mikdorda issiklik (Q) ta’sir ettirilsa, bu issiklik ichki energiya (∆U) sistemasining zapasini uzgarishga (olib keladi) va shu sistemani bajarga ishiga A ishlatiladi. Q=∆U+A Ichki energiya tarkibiga barcha ionlar, molekulalar, atomlarning barcha xarakatlaridan kelib chikkan umumiy energiyalar tuplami kiradi. Barcha energiya mikdorini aniklash kiyin, lekin tekshiruv olib boruvchilarni absolyut energiya kursatkichlari kiziktirmaydi. Aksincha boshlangich U1 va yakuniy U2 energiya zapaslarining orasidagi ayirma kiziktiradi YAni U=U2-U1 bu termodinamikea 1konuning matematik kursatkichidir Ichki energiya sistemaning R,T,Y va xosil bulgan moddalar tabiatiga boglikdir. Demak :Termodinamikani I -konuni kuydagicha ta’riflanadi -Sistemaga tasir etilgan issiklik shu sistemaning ichki energiyaning ortishga va tashki kuchllarga karshi ishga sarflanadi SU sistemasi buyicha E birligi Dj (J) yoki (kal) ulchanadi. Masalan : 1 kal = 4.1800 J (1kJ=1000J=0,23901kkal) 1k kal=1000 kal=4,1840kJ Sistemaning bir xolatdan boshka xolatga utishi entalpiya bilan belgilanadi.N H = U + pY Normal sharoitda (standart)gi xar bir jaraening entalpiya kiymati ulchangan va berilgan Masalan: M0298=24,37kDj. Demak 298,15Kda shu jaraenning standart entomopiyasi 24,37kDjga teng. Reaksiyalarda kirishaetgan moddalardan tashkari shu reaksiyaga tegishli issiklik effekti kursatilgan tenglamalalar - termokimyoviy tenglamalar deyiladi . Masalan: S(k)+SO2(g)=2SO(g)_172,58 kJ ∆N = + 172,58 ∆N - sistemada energiyaning uzgarishini kursatadi . Q – bu reaksiyaning issiklik effektini kursatuvchi kursatkich IV. Gess konuni . Kuzatishlar natijasida Lavuze-Laplas kuydagicha tarif berdi: moddalar xosil bulishida yutilgan issiklik mikdori, shu moddaningparchalanishdan ajralib chikadigan issiklik mikdoriga teng. SHu ta’rifga asosan 1840 yilda G.I.Gess xam uzining konunini yaratdi. Bu konun termoximiyaning asosiy konuni xisoblanadi. Bu konun kuyidagicha ta’riflanadi: Reaksiyaning issiklik effekti kirishaetgan moddalar va xosil bulgan moddalar tabiatiga boglik, lekin reaksiya borishining yullariga boglik emas. Masalan: SO2 ikki yul bilan olib kuramiz. 1. S + O2 = SO2 2. 2S + O2 2SO, 2SO + O2 = 2SO2 (+395,5) EKZO O2 S (graf) SO2(2) 393,5 = ? + 283 ? = 110,5 kJ -½ O2 +1/2 O2 (+283) ? SO Q = Q2 + Q2 Termokimeviy tenglamalar, va xisoblash Bu konundan kelib chikkan xolda kuyidagilar aniklandi: 1. Qr-ya = Σ Q xos. b-n ma’xsul. xosil bul. - Σ Q kir.mod.xos b-sh. bundan, ∆Nr-ya = Σ Nmaxs. - Σ ∆Nkir.mod. Moddalarning xosil bulishi issiklik effekti standart sharoitda (298,15K) berilgan. M-n: NSl(g) + NH3(g) = NH4 Cl(k) reaksiyasining issiklik eforektini xisoblaymiz. ½ N2(g) + ½ Cl2 2H Cl(g) + 92,36 KJ ∆ N = 92,36 kJ ½ N2(g) + ½ N2(g) NN3(g) + 45,80 kJ. ∆N = -45,80kJ ½ N2(g) + 2 N2(g) + ½ S12(g) = NN4S1(t) +31 4,40 kJ. (NN4S1(t) + 314,4) – (NS1(g+ 92,36 + NN3(g) + 45,80) va Qr-ya = 176,24 kJ Bu ekzotermik reaksiya uchun ∆N298 = - 314,4 – (-92,36 – 45,80) = - 176,24 kJ Oddiy moddalarni issiklik effekti uning barkarorligi va bekarorligiga boglik. Barkaror moddalar issiklik effekti nolga teng buladi, bekaror moddalarning noldan farklanadi. Termodinamika konunlarini yaxshi tushinib olish uchun ba’zi bir terminlar, tushunchalar va kiymatlar bilan tanishib olish lozim. Termodinamika turli sistema va ularda sodir bo’ladigan turli jarayonlarni o‘rganadi. Sistema nima? Termodinamik sistema termodinamika usulda o’rganish uchun tashki muxitdan ajratilgan, doimo bir-biri bilan o’zaro munosibatda bo’lgan istalgan jism yoki jismlar guruxidir. V. TTermodinamika II-konuni 1880- 1895 yillarda Belsman tomonidan ishlab chikilgan. Bu konun energiyani aylanishi, energiyaning bir kismi issiklik sifatida tarkalishini isbotlaydi. Gelmgols erkin energiya tushunchasini kiritdi. Uning tajribalari buyicha umumiy sistemaning ichki energiyasi bir xil emas va u erkin energiyadan tuzilgan. Bu erkin energiya boglangan energiya va ishlatiladigan ishda aylanib ketadi. U = F + TS erkin boglangan energiya energiya Uzgarmas bosimda va temperatura erkin energiya Gibbe energiyasi deb ataladi va G xarfi bilan belgilanadi. G Gibbs energiyasi entalpiya N, entropiya va temperatura b-n boglik. G = H– TS eki ∆G = ∆ H – T∆ S Bu tenglama Gibs energiyasini uzgarishini uzgarishini xarakterlaydi.Uentalpiya va entropiya faktorlari bilan boglangan .Tabiatda Gips energiyasining samayishi bilan boradigan jaraenlar ish sarflanmay uz-uzidan borishi mumkin .Tekshiruv natijalari shuni kursatadiki organizmning kasallanishi sistema entropiyasining ortishi bilan ortadi. Entropiyaning usishi regeneratsiya va embriogenez jarayonlarini rivojlanishda xam kuzatiladi. SHunday qilib, odam organizmi termodinamik ochiq sistemadir. Organizm uchun eng asosiy energiya manbai bu kimyoviy energiyadir. Bu energiya oziq-ovqat orqali paydo bo‘lib turadi. Bu energiyaning bir qismi: 1) nafas olish, qon aylanishi va boshqa jarayonlar sodir bo‘lishi uchun sarflanadi. 2) Iste’mol qilinayotgan ovqat, havo va suvni isitish uchun 3) Radiatsiya va bug‘lanish vaqtida yo‘qotilgan energiyaning o‘rnini bosish uchun 4) Odam harakatlanganda va ish faoliyati vaqtida sodir etgan tashqi ishiga sarflanadi. Oziq-ovqatning asosiy komponentlari uglevodlar, yog‘lar va oqsillardir. Uglevodlar – monosaxaridlar molekulalari gidrolizga uchramaydi. Oligosaxaridlar – bir necha monosaxaridlardan tuzilgan. Polisaxaridlar – yuqori polimer uglevodlar. Dissimilyasiya vaqtida, ya’ni organizmda uglevodlarning fermentlar va gormonlar (adrenalin, insulin) ta’sirida singish oligo va polisaxaridlar monosaxaridlardan gidrolitik parchalanadi va keyin SO2 va N2O hosil bo‘ladi. Uglevodlar koloriyasi, ya’ni ularning dissimilyasiyasi vaqtida ajralib chiqadigan energiya o‘rtacha 16.5- 17.2 km ga teng. (4-4.1 kkal/g). YOg‘lar – kimyoviy tabiatda glitserinning (CH2-CH-CH2) stearin, olein kislotalari bilan hosil qilgan murakkab efiridir. YOg‘lar dissimilyasiyasi lipaza fermenti ishtirokida gidrolizdan boshlanadi. Bundan hosil bo‘lgan glitserin va yog‘ kislotalari SO2 va N2O gacha oksidlanadi. YOg‘lar oksidlanishi jarayoni juda chuqur kechadi. SHuning uchun kolloriyligi uglevod koloriyasida ikki marta kattadir: 3.77-39.8 kl/g (9-9.5 kkal/g). Oqsillar – bu tabiiy yuqori molekulyar organik birikmalardir. Molekulalarida yuzlab, minglab alfa-aminokislotalar qoldiqlaridan tuzilgan peptid bog‘lar hosil qiladilar. (-SO-NH) Oqsillar dissimilyasiyasi ham yog‘lar kabi gidroliz jarayoni bilan boshlanadi va erkin aminokislota va peptidlar (qisqa zanjirli) hosil bo‘ladi. Oxirgi oksidlanish mahsuloti ham SO2 va N2O dir. Biroq, oxirgi mahsulot sifatida faqat erkin azotgina emas, balki u bilan birga to‘liq yonmagan mochevina, ammoniyli tuzlar, asparagin va boshqalar hosil bo‘ladi va ter va siydik orqali ajralib chiqadi. Koloriyligi deyarli oqsillar koloriyasi bilan tengdir. 16.5-17.2 km/g. Normal ish faoliyatini yuritadigan odam organizmida sarflangan energiyaning o‘rnini 55-60% ini uglevodlar, 20-25% ini yog‘lar va 15-20% ini oqsillar qoplaydi. Odamning bir sutkadagi oqsilga bo‘lgan ehtiyoji (80-100 g) og‘ir mehnatdagilar uchun 130-140 gramm. YOg‘ga bo‘lgan ehtiyoji esa 60-70 gramm. SHuni aytish kerakki, yog‘ zapasi suvsizlikni saqlaydi. Uglevodlarga bo‘lga ehtiyoj esa oqsil yoki yog‘ miqdoridan 4-5 marta ko‘proq bo‘ladi. 1-jadvalda ayrim oziq-ovqatlar kimyoviy tarkibi va koloriyasi keltirilgan. Odamning ish faoliyatining og‘ir yoki engilligiga qarab, bir sutkada energiyaga bo‘lgan ehtiyoji: 1) engil ishdagilar (8400-11700 kJb 2000-2800 kKal) 2) o‘rtacha ish faoliyatidagilar (vrach, vrach, student va b. 12500-15100 kJ, 3000-3600 kKal) 3) Og‘ir mehnat (er haydash, konchilar) 16700-20900 kJ, 4000-5000 kKal 4) Juda og‘ir mehnat (sportsmenlar) 30100 kJ, 7200 kKal Xulosa Ma’ruzamiz shuni ko‘rsatyaptiki, kimeviy jaraenlar sodir bulishda birikaetgan atom, molekula va ionlarning elektron kobiklarida uzgarishlar sodir buladi. Buning natijasida energiya ajraladi eki E yutiladi, (boglar mustaxkamlanadi). Organizmda moddalar almashinuvi bilan birgshalikda energiya almashinuvi xam sodir buladi. Bu protsesslar to‘xtab qolsa xaet to‘xtaydi.