Биохимия - Химические реакции в живой клетке Том 1 - Д. Мецлер 1980
Энергетика биохимических реакций
Термодинамика
Первый закон термодинамики
Первый закон термодинамики — это закон о сохранении энергии и об эквивалентности работы и теплоты. Работа и теплота представляют собой разные формы энергии и переходят одна в другую. Система может поглощать тепло из внешней среды или выделять его. В процессе взаимодействия с окружением система может совершать работу. Первый закон постулирует, что существует функция Е (иногда ее обозначают как U), называемая внутренней энергией, которая определяется только состоянием системы в данный момент и не зависит от ее предыстории. Согласно первому закону, Е может измениться только в процессе передачи энергии в виде теплоты или при совершении работы. Другими словами, этот закон утверждает, что энергию нельзя ни создать, ни уничтожить.
Таблица 3-1 Единицы энергии и работы и значения некоторых физических постоянных
|
Джоуль, единица энергии в системе СИ 1 Дж = 1 кг∙м2∙с-1 = = 1 Н∙м (ньютон-метр) = = 1 Вт∙с (ватт-секунда) = = 1 Кл∙В (кулон-вольт) |
|
Термохимическая калория 1 кал = 4,184 Дж |
|
Большая калория 1 Кал = 1 ккал = 4,184 кДж |
|
Работа, которую необходимо совершить, чтобы поднять груз весом I кг на высоту 1 м (над уровнем моря) = 9,807 Дж |
|
Свободная энергия гидролиза 1 моля АТР при pH 7 и миллимолярных концентрациях =—12,48 ккал = —52,2 кДж |
|
Работа, которую необходимо совершить для повышения концентрации вещества в 1000 раз (например, от 10-6 до 10-3 М) = 4,09 ккал = 17,1 кДж |
|
Число Авогадро — число частиц в одном моле вещества N = 6,0220∙1023 |
|
Число Фарадея 1F = 96 485 Кл∙моль-1 Кулон 1 Кл = 1 А∙с (ампер-секунда) =6,241 ∙ 1018 (элементарных зарядов) |
|
Постоянная Больцмана k = 1,38 07∙10-23 Дж∙град-1 |
|
Газовая постоянная R = N∙k R = 8,3144 Дж∙град-1∙моль-1 = = 1,9872 кал∙град-1∙моль-1 = = 0,08206 л∙атм∙град-1∙моль-1; при 25° RT = 2,479 кДж∙моль-1 |
|
Единица измерения температуры, градус Кельвина, К; 0°С = 273,16 К lg х = 2,3026 ln x |
Математически первый закон записывается так:
∆Е = Е (продуктов) — E (реагентов) = Q—W, (3-1)
где Q — теплота, полученная системой из внешней среды, a W — работа, совершенная системой над ее окружением. Энергия, теплота и работа измеряются в одних и тех же единицах. Для химиков более привычными все еще остаются калории (кал) или килокалории (ккал); в системе СИ единицей энергии является джоуль (табл. 3-1). Работа, выполняемая системой, может быть механической (например, работа по изменению внешнего объема), электрической (зарядка аккумулятора) или химической (синтез полипептида из аминокислот).