МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФГАОУ ВО «КРЫМСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ В.И.ВЕРНАДСКОГО» МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ ИМЕНИ С.И. ГЕОРГИЕВСКОГО Медицинской и фармацевтической химии Кафедра МЕТОДИЧЕСКИЕ РАЗРАБОТКИ ПО АУДИТОРНЫМ ЗАНЯТИЯМ УТВЕРЖДАЮ: Зав. кафедрой Кацев А.М., д.б.н., профессор (Ф.И.О., звание) (подпись) «28» августа 2015 г. « » ___________ 20 г. « » ___________ 20 г. Основная образовательная программа: Курс: 1 лабораторный практикум Вид аудиторных занятий: Дисциплина: Тема: Стоматология Химия Биоэнергетика химических реакций. Куратор темы: Наумова Н.В., ассистент, , 28.08.15. (Ф.И.О., должность, подпись, дата) Обсуждено на заседании кафедры « »____________20 г., протокол №____ Обсуждено на заседании кафедры « »____________20 г., протокол №____ Обсуждено на заседании кафедры « »____________20 г., протокол №____ г. Симферополь 1. Актуальность темы: Все химические реакции сопровождаются выделением или поглощением теплоты, что объясняется разрывом одних химических связей в молекулах исходных веществ и образование других химических связей в молекулах продуктов реакций. Частью термодинамики является термохимия, которая изучает тепловые эффекты реакции. Термохимические расчеты широко используют в медицине для оценки калорийности пищевых продуктов, составления диет для больных. Знание раздела термодинамики позволяет определить возможность самопроизвольного протекания реакций, направление реакций, биоэнергетику физиологических процессов в живых организмах. В процессе эволюции в живых организмах выработалась определенная последовательность биологического окисления, обеспечивающего организм необходимым запасом энергии. Эта энергия накапливается в макроэргических связях некоторых соединений главнейшим из которых является АТФ. По мере необходимости энергия, содержащиеся в макроэргических связях, расходуется на построение клеток, синтез белков, механическую работу мышц, сердца. Термодинамические расчеты можно использовать и для этих процессов. 2. Цель обучения: 2.1. Общая цель: Знать основные понятия и законы термодинамики, определять тепловые эффекты реакций, проводить термохимические расчеты по определению изменения энтальпии, энтропии, энергии Гиббса, определять возможность протекания реакций. 2.2. Частные цели занятия: 2.2.1. Студент должен знать: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. Предмет и задачи химической термодинамики. Основные термохимические понятия. Термодинамические системы: открытые, закрытые, изолированные, гомогенные и гетерогенные. Параметры системы. Интенсивные и экстенсивные параметры. Самопроизвольные процессы. Первый закон термодинамики. Энтальпия, стандартная энтальпия. Теплота реакции: теплота образования, теплота разложения, нейтрализации, растворения. Законы Гесса и Лавуазье - Лапласса. Следствие из закона Гесса. Калориметрия, ее использование для определения калорийности пищи. Второй закон термодинамики. Энтропия, энергия Гиббса, энергия Гельмгольца. Критерий направления самопроизвольных процессов. Термодинамические закономерности протекания химических и биохимических процессов. 2.2.2. Студент должен уметь: 1. 2. 3. 4. 5. Записывать формулы первого и второго начала термодинамики, анализировать их. Формулировать и графически изображать закон Гесса и следствие из него. Пользоваться справочными таблицами стандартных значений энтальпии, энтропии, энергии Гиббса для соединений и ионов. Математически рассчитывать термодинамические величины, используя законы термодинамики. Оценивать смысл термодинамических величин, указывать возможность протекания 6. реакций. Применять термодинамические расчеты для живых организмов. 2.2.3. Студент должен владеть: 1. Навыками самостоятельной работы с учебной, научной и справочной литературой; вести поиск и делать обобщающие выводы. 3. Студент должен обладать набором компетенций: 3.1. Общекультурные компетенции: 1. 2. 3. ОК-1 Способность к абстрактному мышлению, анализу, синтезу. ОК-5 Готовность к саморазвитию, самореализации, самообразованию, использованию творческого потенциала. ОК-8 Готовность к работе в коллективе, толерантно воспринимать социальные, этнические, конфессиональные и культурные различия. 3.2. Профессиональные компетенции: 1. 2. 3. 4. ОПК-1 Готовность решать стандартные задачи профессиональной деятельности с использованием информационных, библиографических ресурсов, медикобиологической терминологии, информационно-коммуникационных технологий и учётом основных требований информационной безопасности. ОПК-2 Готовность к коммуникации в устной и письменной формах на русском и иностранном языках для решения задач профессиональной деятельности. ОПК-7 Готовность к использованию основных физико-химических, математических и иных естественнонаучных понятий и методов при решении профессиональных задач. ПК-21 Способность к участию в проведении научных исследований. 4. Вопросы, подлежащие рассмотрению на занятии: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. Предмет и задачи химической термодинамики. Основные термохимические понятия. Термодинамические системы: открытые, закрытые, изолированные, гомогенные и гетерогенные. Параметры системы. Интенсивные и экстенсивные параметры. Самопроизвольные процессы. Первый закон термодинамики. Энтальпия, стандартная энтальпия. Теплота реакции: теплота образования, теплота разложения, нейтрализации, растворения. Законы Гесса и Лавуазье - Лапласса. Следствие из закона Гесса. Калориметрия, ее использование для определения калорийности пищи. Второй закон термодинамики. Энтропия, энергия Гиббса, энергия Гельмгольца. Критерий направления самопроизвольных процессов. Термодинамические закономерности протекания химических и биохимических процессов. 5. Организационная структура занятия: № п/п 1. Этапы обучения Методика проведения Организационная часть: постановка целей и мотивация, напоминание мер безопасности 2. Время в мин. 5 беседа 40 устный опрос 50 Упражнение №1 Напишите термохимическое уравнение образования моля жидкой воды из газообразных водорода и кислорода. Эталон ответа: Термохимическое уравнение – это химическое уравнение, в котором указаны агрегатные состояния всех веществ и тепловой эффект реакции. В таких уравнениях можно использовать дробные коэффициенты. Н2(г) + 1/2 О2(г) = Н2О(ж); ∆Н0 = - 286 кДж Основная часть: (организация работы студентов по овладению программой занятия) 1) Обсуждение теоретических вопросов темы 2) Решение задач Упражнение№2 Чему равен тепловой эффект процесса, протекающего в изобарно-изотермических условиях? Эталон ответа: Тепловой эффект процесса, протекающего в изобарно - изотермических условиях, равен изменению энтальпии системы. ∆Q = -∆Н Упражнение №3 Как понимать запись ∆Н°298? Эталон ответа: ∆Н°298 – называется стандартной величиной энтальпии. Это означает, что процесс протекает при стандартных условиях: Т = 298 К и Р = 101325 Па. Упражнение№4 Чему равны стандартные значения энтальпий образования простых веществ? Эталон ответа: Энтальпии образования простых веществ условно равны 0. Задача№1 Вычислить значение ∆Н0 для реакции превращения глюкозы в некоторых микроорганизмах: СбН12Об(к) = 2С2Н5ОН(ж) + 2CO2(г) Решение: Тепловой эффект реакции можно вычислять двояко: с использованием энтальпии образования всех веществ реакции либо с использованием энтальпий их сгорания. ∆Н0 обр. = обр. прод. реакц. - ∆Н0 обр. исх. вещ. = 2(- 277 ) + 2(-393,5)-(-1274) = 67 кДж. Значение энтальпий образования взяты из табличных данных: ∆Н0 обр. глюкозы = -1274кДж/моль; ∆Н0 обр. этанола = -277 кДж/моль; ∆Н0 обр. CO2 = -393,5 кДж/моль. Задача№2 Не производя вычислений установите знак энтропии для следующих процессов, ответ мотивируйте: а) 2Н2(г) + О2(г) →2Н2О(ж) б) Н2О(лед) → Н2О(пар) в) N2(г) + 3 Н2(г) → 2NH3(г) г) NaCl ↔ Na+ + СlРешение: энтропия зависит от следующих факторов: а) агрегатного состояния веществ, б) объемов газов, в) числа кинетических частиц. В первой реакции изменение энтропии отрицательно, т.к. уменьшается хаос в системе при переходе из газообразного состояния в жидкое. Во второй реакции наоборот хаос возрастает, поэтому изменение энтропии положительно. В третьей реакции из 4-ех объемов газов образуется 2 – а объема, следовательно, величина изменения энтропии будет отрицательна, а в четвертой реакции - положительна, из-за увеличения числа кинетических частиц. Задача№3 Используя справочные данные определить изменение энтропии при полном сгорании 1моль глюкозы. Решение: глюкоза сгорает: C6H12O6(к) + 6О2(г) = 6СО2(г) +6 Н2О(ж) Из справочных таблиц найти значение S° и вычислить изменение энтропии. ∆S° = 6·214+6·70-212-6·205-260 Дж/(моль∙К) В отличии от энтальпии и энергии Гиббса энтропия измеряется в Джоулях. Задача№4 Проверить, нет ли угрозы, что оксид азота (I) применяемый в медицине в качестве наркотического средства будет окисляться на воздухе до весьма токсичного оксида азота(П): 2N2O(г) + О2(г) = 4NO(г) Решение: ∆G° = 4∙87-2∙104= 140 кДж/моль Реакция самопроизвольно проходить не может, потому что изменение энергии Гиббса реакции больше нуля. 3) Решение задач (самостоятельно) 3. 30 1. Вычислить количество теплоты, которое выделится при окислении 90 г глюкозы при с.у.. 2. Определить тепловой эффект реакции синтеза диэтилового эфира 2С2Н5ОН (ж) = С2Н5ОС2Н5 (ж) + Н2О (ж), применяемого для наркоза, при температуре 2980 С. 3. Ферментативная реакция дегидрирования пропанола-2 протекает по уравнению: СН3СН(ОН)СН3 (ж) = СН3СОСН3(ж) + Н2 (г). Определить тепловой эффект (∆Нр) этой реакции по энтальпиям сгорания: ∆Нс0 СН3СН(ОН)СН3 (ж) = -1986 кДж/моль, ∆Нс0 СН3СОСН3 (ж) = -1786 кДж/моль, ∆Нс0 Н2 (г) = -286 кДж/моль. 4. Вычислить свободную энергию Гиббса при с.у. для реакции гликолиза, имеющей большое значение в процессе обмена веществ в организме С6Н12О6 (р-р) = 2С3Н6О3 (р-р). Этот процесс происходит, главным образом, при физической нагрузке, накапливающаяся молочная кислота вызывает болевые ощущения в мышцах. Заключительная часть: (до 10 - 15% от общего времени) 1) подведение итогов занятия, 2) задание по самоподготовке к следующему занятию 5 5 беседа Итого: 135 минут или 3 академических часа 6. Учебное и материальное обеспечение: 6.1. Место проведения занятия – аудитории кафедры Медицинской и фармацевтической химии. 6.2.Оснащение занятия: 6.2.1. Таблицы / наглядные пособия 1. 2. 3. 4. - Таблица стандартных значений энтальпий образования, энергии Гиббса, энтропии некоторых веществ. Таблица стандартных значений теплот сгорания некоторых органических веществ. Схема калориметра. Схема, иллюстрирующая закон Гесса. 7. Источники информации: 7.1. Основная литература: № п/п 1. 2. Автор(ы) Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов. Учебник для мед. вузов. Общая химия. Название источника (учебника, учебного пособия, монографии и т.п.) Под ред. Ю.А.Ершова. Попков В.А., Пузаков С.А. Город, изд-во Год издания том, вып. М.: ВШ 2007 М.: ГЭОТАРМедиа 2007 7.2. Дополнительная литература: № п/п Автор(ы) 1. Медицинская химия. 2. Химия: Основы химии живого. Биофизическая химия. 3. Название источника (учебника, учебного пособия, монографии и т.п.) Калибабчук В.А., Грищенко Л.И., Галинская В.И. и др. Слесарев В.И. Садовничая Л.П., Хухрянский В.Г., Цыганенко А.Я. Город, изд-во Год издания том, вып. К.: Медицина 2008 СПб.: Химиздат 2000 К.: Выща шк. 1986 7.3. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети «Интернет», необходимых для освоения темы занятия: http://www.alleng.ru/edu/chem9.htm - образовательные ресурсы Интернета – Химия http://himkniga.com/ - учебная литература по химии http://www.chem.isu.ru/leos/index.php - справочно-информационная система “Химический ускоритель” http://www.chemweb.com/ - научный портал (содержит базы данных по химии) http://elibrary.ru/defaultx.asp - научная электронная библиотека