Похожие презентации:
Биофизика мембран. Функции мембран. Транспорт веществ через мембраны. Потенциалы покоя и действия
1.
Лекция 401.03.2017
Биофизика мембран.
Функции мембран.
Транспорт веществ через мембраны.
Потенциалы покоя и действия.
2.
ВведениеПервое начало термодинамики.
Диффузия.
3.
Свойства тела (термодинамической системы):m,μ,η,ρ,...
Параметры состояния:
( x, y, z ); h; v; T ; V ; p,...
Функция состояния:
(данныесвойства, данные параметры)
mv 2
E mgh
2
ρv 2
p pCT
ρgh
2
4.
Внутренняя энергия тела (ТС) – функция состояния,однозначно определяемая свойствами
системы и термодинамическими параметрами
состояния
U f (m, T ,V )
3m
3
U 2 μ RT 2 pV
U f ( N , T ,V )
m N m0
5.
Приращение внутренней энергии системыпостоянного химического состава (N = const):
Две формы передачи энергии
U системы Aвнешняя
Передача
энергии
упорядоченного
движения
Qсообщенная
Передача
энергии
хаотического
движения
6.
Приращение внутренней энергии тела (ТС):dU f 2 ( N , T ,V ) dT f 3 ( N , T ,V ) dV
Сообщенная
системе
теплота
Работа над
системой
dU cmdT pdV
f 2 ( N , T ,V ) c m;
f 3 ( N , T ,V ) p
7.
Приращение внутренней энергии тела (ТС)переменного химического состава (N = var):
dU f1 ( N , T ,V ) dN f 2 ( N , T ,V ) dT f 3 ( N , T ,V ) dV
Сообщенная
Изменение
системе
энергии,
теплота
связанное
с изменением
(превращением)
частиц
системы
Работа над
системой
8.
Химический потенциал системы для частицодного сорта:
μ f1 ( N , T ,V )
μ – функция состояния
Приращение внутренней энергии системы
за счет изменения числа частиц одного сорта:
dU Q 0 μdN
A 0
9.
Смесь молекул:i k
dU Q 0 μ i dN i
A 0
i 1
В расчете на 1 моль химический потенциал
i – того компонента смеси:
Ni
μ i μ 0i RT ln
N
Для чистого
компонента
Полное
число частиц
10.
Частицы заряженные:qi Zi e
E
φ
11.
Потенциальная энергия заряженной частицыв электрическом поле:
π ei qi
В расчете на 1 моль i – того компонента смеси:
ei N qi N e Zi FZi
F 6,02 1023 1,6 10 19 9,6 104 Кл/моль
12.
В расчете на 1 моль электрохимический потенциалi – того компонента смеси:
Ni
μ i μ i ei μ 0i RT ln Zi F
N
μ i μ i
Дж/моль
μ i функция состояния
13.
Приращение электрохимического потенциала:N 2i
μ i RT ln
Z i F ( 2 1 )
N1i
N 2i
N1i
N 2i
RT ln
RT ln
RT ln
N0
N0
N1i
V const
N 2i c2i
N1i c1i
c2i
μ i RT ln Z i F ( 2 1 )
c1i
14.
Мысленный эксперимент(не рассматриваются причины)
15.
1ППП
2
XY X Y
X
1 2
φ 0
φ 0
16.
Термодинамическое равновесие1
2
c1X
( )
1
c2 X c1 X
E2 1
( )
2
1
17.
μ i constμ i RT ln
c2 X
c1 X
Z i F ( 2 1 ) 0
1
RT c2 X
2 1
ln
Z i F c1 X
18.
ППП = мембрана1 – внутри
клетки
i - inside
c1X
X
i
1 M
(Потенциал внутренней
поверхности мембраны)
2 – снаружи клетки
(межклеточная
жидкость –
условный нуль )
c2 X
X
0
2 0
19.
RT X 00 M
ln
Z i F X
i
Уравнение Нернста:
X
RT i
M
ln
Z i F X
0
20.
Диффузия – самопроизвольный процесспереноса вещества
«Движущая сила» (причина) – градиент концентрации
grad c
Перенос вещества
21.
Уравнение диффузии – закон Фика:j D grad c
j – плотность потока массы
m
ci c0
D
S t
l
кг
j 2
мс
Любой самопроизвольный процесс - антиградиентный
22.
1ППП
ci
2
c0
S
l
23.
Nci c0
D
S t
l
(ci c0 )
J N D
l
J N D grad c
JN – плотность потока частиц
[J] = частиц/м2ּс
D – коэффициент диффузии ППП (мембраны)
для этих частиц
24.
Частицы электрически заряжены:1
c1X
c2 X
c1 X
grad c
JN
Перенос частиц
2 1
1
( )
grad
J q
J q
Перенос заряда
( )
2
25.
Суммарный перенос заряженных частиц:J N J N J q
J N D grad c D grad
2
1
(c1 , 1 )
J N
x
(c2 , 2 )
2 1
c2 c1
D
D
x
x
x
26.
Суммарный перенос ионов:вещество + заряд
J N
2 1
c2 c1
D
D
x
x
J N
d
dc
D
D
dx
dx
27.
Уравнение Нернста – Планка:J N
Градиент
концентрации
(химического
потенциала)
dc ZFc d
D
dx
RT
dx
Градиент
электрического
потенциала
= Градиент электрохимического потенциала
28.
[J] = частиц/м2ּсc
d dc
dc
J N P
dx
Р – проницаемость ППП (мембраны) для
данного вида заряженных частиц
[P] – зависит от размерности [c]
29.
Продолжение мысленного эксперимента:1 – внутри
клетки
i - inside
X
i
Y
i
Z
i
1 M
PX
2 – снаружи клетки
(межклеточная
жидкость –
условный нуль )
q
PY
X
X
0
Y
Y
0
q
PZ
qZ
Z
0
2 0
30.
Суммарная плотность потока:J J X JY J Z
P
X
P
Y
P
Z
RT
X
Y
Z
i
i
0
M
ln
F
PX X PY Y PZ Z
0
0
i
31.
Общие выводы к введению:1. Химический и электрохимический потенциалы –
составляющие внутренней энергии системы с
непостоянным химическим составом
2. Химический и электрохимический потенциалы –
функции состояния, неизменные в состоянии
равновесия
32.
3. Химические и электрические свойства систем спеременным составом
являются неразрывно связанными
4. «Движущей силой» самопроизвольного процесса
переноса заряженных частиц является
градиент электрохимического потенциала
Конец введения