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 ∆G_р-ции. Изменение энергии Гиббса для биохимических процессов в условиях, отличных от стандартных, существует два способа решения: ∆G_р-ции = ∆H_р-ции – T•∆S_р-ции либо ∆G_р-ции=Σn1∙∆G^o_f,_{298прод.р}-ции-Σn2∙∆G^o_{f,298исх.в-в.}

Расчет ∆H_р-ции:

∆Н_р-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 ∆H^o_f,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}.

∆Н_р-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 ∆S^о_{прод.р-ции,} определяют разностью алгебраических сумм стандартных энтропийных продуктов р-ции и исходных веществ с учетом соответствующих стехиометрических коэффициентов.

Выписываем из справочной литературы ∆S^о_обр исходных веществ продуктов реакции:

∆S^о_обр (CH₃COOH(ж))=160Дж/моль*К

∆S^о_обр (С₂Н₅СООН(ж))=161Дж/моль*К

∆S^о_обр (О₂(г))=205Дж/моль*К

∆S^о_обр(Н₂О(ж))=70Дж/моль*К

Энтропия простых веществ не равна нулю.

∆S^о_{298,р-ции}=Σn∙∆S^о _прод,р–_ции – Σn∙∆S^о _исх.

∆S^о_{298,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 ∆S^о<0 то ∆G всегда больше ∆Н по абсолютной величине, что вытекает из анлиза уравнения

∆G=∆H^o-T∙∆S^o

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

Расчет ∆G^о _р-ции:

Изменение энергии Гиббса при стандартных условиях вычисляют по уравнению:

∆G_р–ции=Σn1∙∆G^o_{f,298прод}._р-ции-Σn2∙∆G^o_{f,298исх.в–в.}

Выписываем из справочной литературы∆G^o_обр,298 исходных веществ и продуктов реакции

∆G^o_{обр,298 (}С₂Н₅ОН)=-174кДж/моль

∆G^o_обр,298 (СН₃СООН)=-392кДж/моль

∆G^o_обр,298 (Н₂О)=-273кДж/моль

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

Анализ полученного значения.

Большое отрицательное значение ∆G^o 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×∆S_р-ции=

-493кДж-298*(-0,136кДж/К)=-454,5кДж.