МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

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