Задачи

Докажите с помощью термодинамики возможность самопроизвольного протекания окисление этилового спирта в живом организме.

Докажите с помощью термодинамики возможность самопроизвольного протекания окисление этилового спирта в живом организме. Механизмы формирования патологического влияния к алкоголю не известны, поэтому отсутствуют специфические средства, подавляющее это влечение. Объясните с помощью кинетики использование веществ, обладающих ингибиторными свойствами, в качестве антиалкогольных средств.

Решение:

В организме человека окисление этилового спирта происходит в две стадии:

1-ая стадия-окисление этилового спирта до уксусного альдегида:

С2H5OH+1/2O2∙CH3COH+H2O, DH1=-256кДж

CH3COH является ядовитым веществом.

2-ая стадия-окисление уксусного альдегида до уксусной кислоты:

СH3COH+1/2O2=CH3COOH, DH2=-273кДж.

Для того, чтобы решить с помощью термодинамики этот вопрос, необходимо рассчитать ∆Gр-ции. Изменение энергии Гиббса для биохимических процессов в условиях, отличных от стандартных, существует два способа решения: ∆Gр-ции = ∆Hр-ции – T•∆Sр-ции либо ∆Gр-ции=Σn1∙∆Gof,298прод.р-ции-Σn2∙∆Gof,298исх.в-в.

Расчет ∆Hр-ции:

∆Нр-ции равна разности алгебраической суммы энтальпий образования всех продуктов реакции и алгебраической суммы энтальпий образования всех исходных веществ.

Стандартная энтальпия образования сложных веществ равна энтальпии реакции получения 1моль этого вещества из простых веществ при стандартных условиях.

С2H5OH(ж)+O2(г)+CH3COH(ж)+H2O(ж)

Выписываем из справочной литературы ∆Hof,298 исходных веществ и продуктов реакции.

∆Н р-ции(CH3COOH)=-485кДж/моль

∆Н р-ции(H2O)=-285,8кДж/моль

∆Н р-ции(C2H5OH)=-278кДж/моль

Для простых веществ значение стандартной энтальпии и энергии Гиббса образования всегда равно нулю.

∆Н р-ции=Σ∆Н oбр.пр.-Σ∆Н обр.исх.в-в.

∆Нр-ции=[1моль∙(-485кДж/моль)+1моль(-286кДж/моль)-1моль(-278кДж/моль)]=

=-493кДж/моль

Благоприятствует ли энтальпийный фактор самопроизвольного протекания процесса? Да, так как ∆Н р-ции<0.

Прямая реакции окисления этилового спирта экзотермическая, так как DН=-Q.

Расчет ∆S р-кии:

С2H5OH(ж)+O2(г)+CH3COH(ж)+H2O(ж)

Изменение стандартной энтропии в химической реакции ∆Sопрод.р-ции, определяют разностью алгебраических сумм стандартных энтропийных продуктов р-ции и исходных веществ с учетом соответствующих стехиометрических коэффициентов.

Выписываем из справочной литературы ∆Sообр исходных веществ продуктов реакции:

∆Sообр (CH3COOH(ж))=160Дж/моль*К

∆Sообр2Н5СООН(ж))=161Дж/моль*К

∆Sообр2(г))=205Дж/моль*К

∆Sообр2О(ж))=70Дж/моль*К

Энтропия простых веществ не равна нулю.

∆Sо298,р-ции=Σn∙∆Sо прод,рции — Σn∙∆Sо исх.

∆Sо298,р-ции=(1моль∙161Дж/моль∙К+1моль∙205Дж/моль∙К)-(1моль∙161Дж/моль∙К+1моль∙205Дж/моль∙К)=-136Дж/К=-0,136кДж/К.

Энтропийный фактор не благоприятствует самопроизвольному протекаю процесса, так как если ∆Sо<0 то ∆G всегда больше ∆Н по абсолютной величине, что вытекает из анлиза уравнения

∆G=∆Ho-T∙∆So

Для окончательно ответа на вопрос, возможно ли самопроизвольное протекание процесса, необходимо рассчитать ∆Goр-ции.

Расчет ∆Gо р-ции:

Изменение энергии Гиббса при стандартных условиях вычисляют по уравнению:

∆Gрции=Σn1∙∆Gof,298прод.р-ции-Σn2∙∆Gof,298исх.вв.

Выписываем из справочной литературы∆Goобр,298 исходных веществ и продуктов реакции

∆Goобр,298 (С2Н5ОН)=-174кДж/моль

∆Goобр,298 (СН3СООН)=-392кДж/моль

∆Goобр,2982О)=-273кДж/моль

∆Goобр,298=[1моль*(-392кДж/моль)+1моль*(-237кДж/моль)]-[1моль*(-174,8кДж/моль)]+1моль*(-174,8кДж/моль)=-454,5кДж

Анализ полученного значения.

Большое отрицательное значение ∆Go свидетельствует, что в стандартных условиях окисление этилового спирта должно протекать самопроизвольно до полного исчезновения исходных веществ.

Расчет изменения энергии Гиббса вторым способом: ∆G р-ции = ∆H р-ции – T×∆Sр-ции=

-493кДж-298*(-0,136кДж/К)=-454,5кДж.

Пермь Питер Пятигорск