Г.А. Миронова, Н.Н. Брандт, А.М. Салецкий - Молекулярная физика и термодинамика в вопросах и задачах (1103598), страница 71
Текст из файла (страница 71)
Затем от образовавшегося витка спирализация происходит вобе стороны по цепи с ускорением.Ускорение связано с тем, что образование зародыша вторичной структу(ры существенно облегчает свертывание в спираль примыкающих участковполипептидной цепи, поскольку их движение становится ограниченным, агеометрия соответствует их подключению к спиральной структуре.Волна спирализации распространяется до тех пор, пока не встретятсягруппы аминокислотных остатков, которые препятствуют образованиюспирали. Такой процесс происходит независимо на различных участках по(липептидной цепи.ГЛАВА 11. ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ353Одновременно на участках цепи, содержащих расположенные подрядаминокислотные остатки, активно и просто склонные к образованию b1струк1тур, первоначальная полипептидная цепь сворачивается в «гармошку», об1разуя складчатую b1структуру.Очень важно, что самосборка (самоорганизация) белка имеет коопера1тивный направленный характер.
Она проходит через определенное ограни1ченное число промежуточных стадий, в результате чего образование натив1ной белковой глобулы осуществляется за несколько секунд. Если бы конфи1гурация возникала в результате перебора всех различных вариантов укладки,то на это потребовалось бы время, которое больше времени существованиячеловечества.Таким образом, синтез нативной структуры является кооперативнымпроцессом самоорганизации системы «белок — водная среда», учитываю1щим как энергетические, так и энтропийные эффекты всей системы.
Синтезосуществляется по программе, закодированной в структуре исходных поли1пептидных цепей, и происходит постепенно, в несколько стадий, с обязатель1ным закреплением синтезированных элементов структуры в процессе синтеза.ЗАДАЧИДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯЗадача D11.1. При атмосферном давлении температура плавления наф1талина 80,1°С, скрытая теплота плавления L = 19,07 кДж/моль, изменениеобъема DV = 18,7 см3/моль. Оцените, на сколько изменится температура плав1ления при изменении давления на Dр =1 атм.353,1 2 18,7 2 1016T3V3p 52 105 4 0,036C.Ответ: 3T 4L19,07 2 103Задача D11.2. Вычислить удельную скрытую теплоту парообразованияртути, если при давлении 105 Па она кипит при 356,7°С. Использовать зна1чение (dp/dT)ж–п = 1,84×103 Па/К. Молярная масса ртути M = 200,6 г/моль.RT2 dp5 300 кДж/кг.Ответ: Lж3п 4Mp dT ж3п1 2Задача D11.3.
Оцените давление насыщенных паров воды при комнат1ной температуре, полагая теплоту испарения в интервале температур 0–100°Спостоянной и равной L = 566,9 кал/г = 42,7 кДж/моль.Ответ: используя (11.40) при Т1 = 0°С и Т2 = 100°С, р2 = 1 атм = 105 Па,124 42,7 3 103 14 L 1 1 51 59получаем: p1 8 p2 exp 9 6 9 7 105 exp 9 RTT8,31273373 12 643 Па 0,06 атм.Задача D11.4. Определите зависимость скорости изменения объема на1сыщенного пара с ростом давления 24 dV 35 как функцию давления и объе16 dp 7ж1п354МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА В ВОПРОСАХ И ЗАДАЧАХма.
Изменение давления происходит вдали от критической точки, и пар всевремя остается насыщенным.dV 3V2VОтвет: 2541 , где Lж–п и V — молярные значения теплоты67 dp 8ж1п Lж1п pпарообразования и объема.Задача D11.5. В каком случае изменение энтропии моля воды больше:при испарении при 100°С или при плавлении льда при 0°С? Давление в обоихслучаях атмосферное, Lкип = 539 кал/г, Lпл = 80 кал/г.LкипДжДж4,182 539 32 6,042 108,7;T373,15г 3Кмоль 3 КLДжДж4,182 пл 2 80 32 1,222 22,0.T273,15г3Кмоль 3 КОтвет: 1Sкип 21SплЗадача D11.6.
При атмосферном давлении в теплоизолированном сосудек m1 = 200 г воды, имеющей температуру Т1 = 90°С, добавляют m2 = 100 гльда, имеющего температуру Т2 = 0°С. Определите изменение энтропии сисCтемы. Теплоемкость воды Cp = 75,5 Дж/(моль×К), теплота плавления льдаDНпл = 6,009 кДж/моль.Ответ: установившаяся температура:T0 4Cp (T1m1 1 T2m2 ) 2 m2 3Hпл5 306,5 К,Cp (m1 1 m2 )изменение энтропии:1S 2TTm2 1Hплmm3 Cp 1 ln 0 3 Cp 2 ln 0 4 33,3 кДж/К.M T2M T1M T2Задача D11.7. В закрытом теплоизолированном котле при Т1 = 10°С наCходится вода в парообразном и жидком состоянии.
Общая масса воды m = 1 кг,объем котла V = 15 л. Какое количество теплоты следует подвести, чтобы наCгреть содержимое котла до Т2 = 210°С? Параметры воды при температурах Т1и Т2 представлены в таблице. Водяной пар можно считать идеальным газом.191912345693496994363967 3667 99!912345678939199692991275327146312311 1 456478 3213931746317222123412314 1 18675 324393126317121231Указание: представьте нагревание в виде последовательности четырехпроцессов:1) изотермическое (Т1) сжатие пара до полного его ожижения;2) изотермическое (Т1) сжатие жидкой воды от давления р1 до давленияр2 (среднее значение коэффициента теплового расширения a = 2×10–4 К–1);3) нагревание воды при постоянном давлении р2 от температуры Т1 дотемпературы Т2 (теплоемкость воды Cp = 1 кал/(г×К));4) изотермическое (Т2) испарение части воды.ГЛАВА 11.
ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ355Решение. Для определения массы пара при температурах Т1 и Т2 можнозаписать уравнения:mп1Vп1 1 (m 2 mп1 )Vж1 3 V ;mп2 Vп2 1 (m 2 mп2 )Vж2 3 V ,из которых следуетV 1 mVж1 15 21013 1 1 21013mп1 334 0,131г;106,4 1 0,127Vп1 1 Vж1mп2 3V 1 mVж2 15 2 1013 1 1,16 2101334 82,0 г.Vп2 1 Vж20,127 1 1,16 21013Процесс 1. При изотермическом сжатии идеального газа DU = 0 и теплотаDQ1 связана только с работой по сжатию пара и теплотой, выделяемой приожижении пара:V 1 mVж12Q1 3 p1 (Vж1 1 Vп1 )mп1 1 L1mп1 3 [ p1 (Vж1 1 Vп1 ) 1 L1 ]3Vп1 1 Vж13 [1,27 4 103 4 (1 4 1013 1 106,4) 1 2472,9] 4 0,131 4 1013 5 1342 Дж.Процесс 2. Используем результат задачи 8.7:2 Vж1 3 Vж2 4T17 p 6 ( p2 1 p1 ) 626 11 8 1,08 8 1013 8 283 8 2 8 1014 (1607 1 1,27) 8 103 9 198 Дж.5Q2 6 12 V 4T17 p ( p2 1 p1 ) 6 1m2 Vж 4T17 p ( p2 1 p1 ) 6 1mПроцесс 3. DQ3 = Cp(T2 – T1)m = 4,18×103(210 – 10) × 1 = 836 000 Дж.Процесс 4.
Аналогично процессу 1V 1 mVж22Q4 3 p2 (Vп2 1 Vж2 )mп2 4 L2mп2 3 [ p2 (Vп2 1 Vж2 ) 4 L2 ]3Vп2 1 Vж23 [1607 5 103 5 (0,127 1 1,16 5 1013 ) 4 1937,4] 5 82 5 1013 6 16700 Дж.Результирующее количество теплоты, подводимое к системе:DQ = DQ1 + DQ2 + DQ3 + DQ4 == –342 – 98 + 836 000 + 16 700 = 852 260 Дж » 852 кДж.Основная теплота требуется на нагревание воды (процесс 3), приблизиEтельно в 50 раз меньше тепла требуется на превращение mп2 нагретой воды впар и его расширение (процесс 4).
Остальные процессы дают значительноменьший вклад.Ответ: DQ » 852 кДж.112113122145112342156728264295929294429827442291424269421356Задача D11.8. Измеренные давления насыщенEных паров ртути в зависимости от температуры предEставлены в таблице.Используя для паров модель идеального газа,вычислите теплоту парообразования L в интервалах50–60°С и 300–310°С, полагая ее значение неизEменным внутри каждого интервала. Между интерEвалами зависимость L(T) можно считать линейной.МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА В ВОПРОСАХ И ЗАДАЧАХОпределите аналитическую зависимость L(T) и зависимость pнп(T) при дан#ных предположениях. Удельным объемом жидкости по сравнению с объе#мом пара можно пренебречь.Ответ:(а)T1T2 ln p2 / p1кДж;R 2 62мольT2 3 T1T T ln p4 / p3кДж;L2 1 3 4R 2 59мольT4 3 T3Дж 7 L1 4T2 5 3 L2 4T1 5L(T ) 68134T2 5 3 4T1 5 моль 9L 3 L2– 1T 2 65940 3 12 T [К];4T2 5 3 4T1 5L1 1(б)1,56 4T 5 7p(T )[Па] 2 p1 8 1 9 T 6 [L 4T 5 3 L2 4T1 5] 11 7 exp 8 1 23 9 1 R [4T2 5 3 4T1 5] 4T1 5 T 328 71 2,53 68 T 91,511 76exp 87935 39 .328T[К]На рис.
D11.1 представлены зави#симости L(T) (а) и p(T) (б).Рис. D11.1Задача D11.9. Экспериментальные значения давления насыщенных па#ров метана СН4 в зависимости от температуры представлены в таблице.112341122312431123115311631523232567417638634431263155319531Изобразите графически линию фазового равновесия «жидкость — газ».Определите температуру кипения и энтальпию испарения метана при атмо#сферном давлении. Молярный объем жидкого и газообразного метана в этойточке кипения Vmж = 3,8×10–2 л/моль, Vmгаз = 8,89 л/моль.Ответ: Tкип » 112 К при ратм, dp/dT = 8,5 кПа/К, DHисп = 8,4 кДж/моль.ГЛАВА 11.
ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ357ГЛАВАЭЛЕМЕНТЫИЕРАРХИЧЕСКОЙТЕРМОДИНАМИКИ.РАСТВОРЫ. ОСМОСПодыскивать приходится причиныВсему, что совершается на свете.Уильям ШекспирПод иерархическими подразумеваются сложные биологи3ческие многокомпонентные системы, открытые для обмена энергией и веще3ством с окружающей средой.12.1. ВВЕДЕНИЕКомпонент — химически однородное вещество, которое может быть вы3делено из системы и количество которого в системе не зависит от содержа3ния других веществ в системе.
В химии компонентами системы называютсявещества, изменения масс которых независимы и выражают всевозможныеизменения в составе системы.Молярная доля i3компонента — отношение числа молей ni i3компонентаNк общему числу молей3 2i 1 20 всех N компонентов в системе:i11xi 1причем2iN3 2i12i,20(12.1)i 11N2 xi 1 1.(12.2)i 11Молярная концентрация ci — число молей компонента ni, деленное наобъем V раствора:1ci 2 i .(12.3)VЧасто молярную концентрацию выражают числом молей в одном литрераствора.Задача 12.1.
Определите количество фаз и количество компонентов в сле3дующих системах:358МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА В ВОПРОСАХ И ЗАДАЧАХ1) чистая вода;2) лед, вода и водяной пар в закрытом объеме в равновесном состоянии;3) смесь газов как модель атмосферного воздуха;4) система, состоящая из химически реагирующих веществ в соответст9вии с уравнениемCaCO3 Û CaO + CO2;5) туман.Ответ.1. Каждая молекула воды состоит из кислорода и водорода, которые неявляются компонентами воды, так как количество атомов водорода в воде непроизвольно, но ровно в два раза превышает количество атомов кислорода.В чистой воде только один компонент и одна фаза.2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
