Определение термодинамических величин при помощи измерений

Следует напомнить об известных трудностях идентификации функциональных групп активных центров ферментов по величинам рК, полученным из изучения зависимости скорости реакции от pH. Во-первых, одна и та же группировка в белках разного строения может иметь неодинаковое значение рК из-за влияния соседних групп. Некоторую помощь в этом случае может оказать измерение теплоты диссоциации ионогенных групп, рассчитываемой по измерениям температурной зависимости рК. К сожалению, для холинэстераз эти термодинамические константы достаточно надежно не измерены. Согласно данным Шукудза и Шинода [122], теплоты диссоциации основной группировки ацетилхолинэстеразы эритроцитов и холинэстеразы сыворотки крови человека составляют соответственно 8,5 и 6,5 ккал1моль. Эти величины выше или ниже найденной для диссоциации имидазольной группы гистидина в других белках (6,9—7,5 ккал моль [123]). Если признать, что в обеих холинэсте-разах в качестве основной группировки активного центра выступает имидазол гистидина, то трудно понять столь существенное различие в величинах теплот диссоциации. Во-вторых, даже если измерение активности фермента при разных pH рассматривать в качестве своеобразного титрования функциональных групп активного центра, то полученные результаты нельзя безапелляционно считать отражением прямого участия этих групп в каталитическом акте. Можно представить, что ионы Н и ОН -среды выполняют свою функцию, вызывая не только протонизацию или депротонизацию функциональных групп активного центра, но также и более общую функцию создания и поддержания специфической для каждого фермента третичной структуры. Можно думать, что в создании третичной структуры фермента большую роль играют ионные связи между такими группировками, которые расположены вне активного центра и непосредственно не участвуют в реакции с субстратом. Такие ионогенные группировки при взаимодействии могут сближать друг с другом (или наоборот удалять друг от друга) определенные функциональные группы белка, которые непосредственно участвуют в каталитическом акте. Внешне эта непрямая роль кислотно-основных группировок фермента будет отражаться в форме обычной зависимости кинетических констант (и, V, Кт) от pH, но по существу такая зависимость не дает оснований для решения вопроса, является ли она следствием влияния pH на конформацию белка в районе активного центра или диссоциацию группировки, прямо участвующей в реакции с субстратами. [c.184]

Как расчет термодинамических величин, отнесенных к молю раствора или компонента, так и развитие статистической теории требуют знания состава раствора, выраженного через мольные (л ,) или мольно-объемные (ср,) доли компонентов. Для расчета этих величин необходимо знать молекулярные веса компонентов, особенно полимера. Эта задача не проста. Для определения молекулярного веса Ма необходимо, как мы знаем, измерить кол-лигативное свойство предельно разбавленного раствора. Вследствие того что в растворах высокомолекулярных веществ имеют место большие отрицательные отклонения от закона Рауля, свойства предельно разбавленных растворов проявляются лишь при малых концентрациях растворенного вещества. Прн этих условиях такие коллигативные свойства, как понижение давления пара или понижение точки затвердевания, используемые для определения молекулярного веса, становятся настолько малыми, что их крайне трудно измерить. Только осмотическое давление таких растворов имеет достаточно точно измеримую величину (например, осмотическое давление 5%-ного раствора каучука в бензоле ( 2=4-19 ) равно 10 мм рт. ст.]. В связи с этим измерение осмотического давления растворов полимеров получило широкое распространение как метод определения молекулярного веса высокомолекулярных веществ в растворе. Точное измерение малых осмотических давлений проводится с помощью специальных, тщательно разработанных методик. [c.258]

Проблема абсолютного скачка потенциала в принципе может быть решена при помощи модельного расчета. Рассмотрим, например, метод определения поверхностного потенциала на границе раствор — воздух, т. е. величину, которую так же, как и гальвани-потенциал, нельзя измерить экспериментально или рассчитать термодинамически. Определение рфо основано на использовании уравнения (20.1), в котором величина доступна экспериментальному измерению, а для расчета используются модельные методы. В грубом приближении химическую энергию сольватации ,(P>) можно определить на основе модели Борна. Однако ошибка в определении рф может составить 1—2 в. Более надежный метод определения был предложен [c.104]

Определение термодинамических величин при помощи измерений э. д. с. [c.185]

В настоящей главе приводятся таблицы термодинамических величин углеводородов различных классов в твердом, жидком и газообразном состоянии. В таблицы вошли как результаты непосредственных калориметрических измерений, так и величины, вычисленные при помощи методов статистической термодинамики но молекулярным данным, а также даются результаты экспериментальных определений равновесия реакций между углеводородами. [c.308]

Предполагается, что читатели этой книги знакомы с основами термодинамики и математики. Тем не менее в первой части дан достаточно подробный теоретический обзор и обсуждаются методы расчета, помогающие исследователю использовать табличные данные. С помощью этой книги можно легко осуществить практические расчеты различных типов, и, как нам кажется, она может служить дополнительным пособием при изучении термодинамики. Несмотря на то что в книге обсуждаются некоторые важные теоретические вопросы, она едва ли может претендовать на глубокое и тонкое изложение теории термодинамики. Краткое описание калориметрических измерений знакомит органика-экспериментатора с методами определения термических величин — основного источника данных, приведенных в виде таблиц во второй и третьей частях. В гл. VI обсуждаются методы оценки термодинамических свойств, еще не определенных экспериментально, но необходимых для практических расчетов. [c.15]

По мере того как развивалась теория газовой хроматографии и выяснялись зависимости хроматографических характеристик анализируемых веществ, адсорбентов и жидких неподвижных фаз от их физико-химических свойств, стало возможно не только предсказывать параметры хроматографического разделения на основе термодинамических и кинетических характеристик, но и подойти к решению обратных задач — определению физико-химических параметров по данным, получаемым при помощи газовой хроматографии [I—3]. Наибольшее значение газовая хроматография приобрела для определения термодинамических характеристик. Газо-адсорбционную хроматографию широко используют для измерения изотерм адсорбции. Из данных по изменению величин удерживания с температурой можно вычислять также энтропию и свободную энергию адсорбции. На основе хроматографического изучения адсорбции удается исследовать характер взаимодействия молекул адсорбата и адсорбента. Газо-жидкостная хромато рафия позволяет путем определения величин удерживания вычислять растворимость, теплоту и энтропию процесса растворения, а также измерять давление пара и температуру кипения анализируемых веществ, рассчитывать константы равновесия реакций в растворах и в газовой фазе и определять коэффициенты адсорбции на межфазных границах (жидкость—газ, жидкость—жидкость, жидкость—твердое тело). [c.223]

Из всего вышеизложенного должно быть ясно, что практическое использование уравнений (11.90) и (11.93) для определения абсолютных значений молекулярных масс и плотностей наталкивается на значительные трудности. Принято пользоваться уравнением (11.84) для оценки (Эр/Эх) , поскольку все присутствующие в этом уравнении величины поддаются измерению. Макромолекулы с известным или предположительным значением Ро помешают в градиент, и исследуемые макромолекулы сравнивают со стандартом по их относительному расположению в градиенте. При необходимости более точных измерений можно экспериментально определить (Эр/Эд ) , используя изотопное замещение в препарате, например N-ДHK на фоне N-ДHK. В этом случае предполагают, что указанное изотопное замещение не влияет на значение термодинамических величин, а лишь изменяет величину молекулярной массы безводной формы вещества и плотность макромолекулы. Зная фр/дхУ , по ширине концентрационного распределения в зоне с помощью формулы (11.93) получим точное значение молекулярной массы. [c.265]

Из изложенного следует, что с помощью методов, основанных на уравнении Дюгема—Маргулеса, можно не только проверить опытные данные, но и в определенных пределах исправить их. Однако эти методы обладают определенными недостатками. При расчете коэффициентов активности на их величину оказывают влияние не только погрешности определения составов равновесных фаз, но также погрешности измерения температуры кипения или давления, так как в выражения для онределения входят, кроме составов фаз, давления паров компонентов при температуре кипения раствора и давление. Это затрудняет решение вопроса об источнике погрешности, вызывающем несоответствие экспериментальных данных уравнению Дюгема—Маргулеса. Рассмотренные методы использования этого уравнения позволяют оценить термодинамическую согласованность опытных данных в целом. Они не дают возможности определить только точность данных о равновесных составах фаз, необходимых в первую очередь для расчета процессов разделения жидких смесей. Эту задачу позволяет решить метод проверки опытных данных о равновесии, предложенный почти одновременно Херингтоном и Редлихом и Кистером [ ]. [c.84]

Для того чтобы избежать необходимости приготовлять стандартные электроды согласно точным предписаниям, рекомендуется в ходе работы определять Ерн для каждой применяемой электродной системы. Для этой цели следует пользоваться стандартными растворами, приведенными в табл. 64. Значения pH этих растворов были вычислены из величин Ерц, которые содержатся в табл. 63, причем эти значения pH представляют собой новую шкалу стандартных величин, с помощью которых можно определять термодинамические константы диссоциации более точно, чем на основании других данных по измерениям значений pH. Для определения значения Ерн любой заданной электродной системы желательно пользоваться стандартным раствором, значение pH которого близко к pH изучаемого раствора. [c.305]

Теплоты горения даже простых органических соединений обычно очень велики, и ошибка в величинах теплот горения, даже на несколько сотых процента, может вызвать погрешность в константе равновесия порядка 10% и более. Точно так же небольшая ошибка в величине энтропии вызывает большую ошибку в величине константы равновесия. Поэтому очевидно, что константы равновесия, основанные на таких данных, не могут дать точных определений состава продуктов при равновесии. По этим константам равновесия можно судить лишь об общей вероятности реакции и об общем ходе реакции в зависимости от различных ее условий. Более точные термодинамические данные могут быть получены при помощи спектроскопических измерений и методов статистической механики, а также при помощи усовершенствованных методов низкотемпературной калориметрии. Однако для многих соединений таких данных не имеется. [c.72]

Метод определения констант ионизации с помощью растворимости не требует введения поправок на активность ионов водорода и гидроксила, так как здесь не используются стехиометрические концентрации. Все определения выполняются при высокой ионной силе, поэтому полученные величины значительно отличаются от величин термодинамических констант. В сильно щелочных растворах, где измерение значения pH трудно, определение констант обсуждаемым методом является весьма неточным. [c.106]

Основой физико-химических измерений, проводимых с помощью газовой хроматографии, является связь между значениями определяемых величин и параметрами хроматографических зон. Так, время удерживания максимума зоны компонента (в случае элюционного варианта) представляет собой функцию коэффициента распределения его или адсорбции, что обеспечивает возможность определения коэффициентов активности, термодинамических функций адсорбции и растворения, изучения структуры, а также ряда других характеристик газообразных, жидких и твердых веществ, используемых в качестве подвижных и неподвижных фаз и элюируемых компонентов. Введение необходимых поправок позволяет определять значения характеристик, соответствующие условиям бесконечного разбавления. [c.6]

Чтобы определить шкалу pH, более целесообразно прибегнуть к выражению не через термодинамические представления. В поиске такого выражения существенную помощь оказывает тот факт, что главным назначением шкалы pH является определение относительных кислотности и щелочности системы. Таким образом, мы прежде всего заинтересованы в таком определении, которое позволило бы проводить измерение кислотности, даже если бы оно и не давало истинную активность ионов водорода. Попытаемся при этом построить шкалу pH, согласующуюся насколько возможно с термодинамическим определением. Учитывая последнее, обратимся вновь к уравнению (12-56). Когда разработаны методы определения pH стандартного раствора и измерена э. д. с. ячейки, неизвестной величиной в уравнении будет постоянная величина Е° -1- Е ). Если даже принять, что эта величина может изменяться каким-либо образом с изменением pH, можно приготовить серию стандартных растворов с различными значениями pH. Наконец, можно даже отказаться от термодинамического соотношения и, в конце концов, найти способ измерения какого-либо свойства, связанного с кислотностью. В основном в настоящее время метод определения шкалы pH таковым и является. [c.545]

Определение силы кислот оптическими методами, конечно, ограничено небольшим выбором кислотно-основных систем. Более общие методы основаны на свойствах иона гидрония, в частности на измерении э. д. с. элементов, содержащих обратимый водородный или какой-либо эквивалентный ему электрод, например стеклянный. Так как в этом случае измеряется термодинамическая величина, т. е. свободная энергия реакции, формулы для подсчета э. д. с. таких элементов содержат активность, а не концентрацию иона гидрония. Следовательно, с помощью данного метода определяют не константу Кс, а термодинамическую константу равновесия К. Однако наблюдаемая э. д. с. зависит и от активностей других ионов в растворе, причем характер зависимости определяется конструкцией элемента. Поэтому для получения истинного значения К всегда необходима некоторая экстраполяция. Лучше всего проводить эксперименты не в чистых растворах кислоты или основания, а в буферных смесях, т. е. [c.42]

Это можно видеть, в частности, па примере адсорбции нормальных алканов на непористой однородной поверхности графитированной термической сажи и в тонких каналах кристаллов цеолита NaX [75]. В обоих случаях пики симметричны, но с ростом числа атомов углерода в молекуле н.алкана в случае адсорбции в полостях пористых кристаллов цеолита NaX происходит сильное размывание пиков благодаря увеличивающемуся торможению обмена для молекул большого размера. В случае таких сильно размытых, хотя и симметричных, пиков процессы в колонке настолько отклоняются от равновесных, что применять термодинамические формулы для равновесной хроматографии без более глубокого анализа хроматограмм на базе теории наравновесной хроматографии нельзя. Поэтому следует ожидать отклонений термодинамических величин, вычисленных по максимумам сильно размытых симметричных пиков при помощи равновесной теории, от измеренных в статистических условиях. Эти отклонения должны увеличиваться с ростом размеров молекул и энергии адсорбции. На рис. 24 (см. стр. 54) сопоставлены зависимости теплот адсорбции нормальных алканов, определенных газохроматографическим и статическими (из изостер и калориметрических измерений) методами от числа атомов углерода п в молекуле для адсорбции па графитированной термической саже и в полостях пористых кристаллов цеолита NaX. В первом случае отклонения невелики и вполне объясняются тем, что газохромато-графпческие опыты для больших п проводились при более высоких температурах, чем статические (подробнее см. ниже стр. 126). В случае же пористых кристаллов оба метода дают совпадающие результаты лишь для низших членов гомологического ряда. [c.120]

Термодинамика характеризует состояние равновесия в реагирующих системах или максимумом энтропии (системы с постоянным объемом и энергией) или минимумом термодинамического потевди-ала (системы, находящихся при постоянных давлении и температуре). Величины термодинамических функций, определяющих равновесия, находят для отдельных веществ из результатов термохимических измерений теплоемкости при низких температурах. Последние измерения могут быть заменены расчетом на основании спектроскопических данных. Изменения энтропии или термодинамического потенциала при реакции, протекающей в обратимых условиях, вычисляются на основании термодинамических величин отдельных веществ для заданных условий протекания процесса (обычно температура, давление и концентрации). В следующих ниже параграфах мы выводим уравнения, позволяющие вычислять константы равновесия реакций с помощью величин, определенных путем термохимических измерений или рассчитанных по данным структур и энергетических свойств молекул. [c.22]

Существуют два типа жидкостных соединений, с которыми обычнО приходится иметь дело при электрохимических исследованиях гомоионные соединения, образующиеся при соприкосновении растворов, различающихся только концентрацией ионов, и гетероионные соединения, возникающие при соприкосновении растворов, содержащих различные ионы в одинаковых или разных концентрациях. Как было показано в 6, в случае гомоион-ных соединений диффузионные потенциалы представляют собой величины, поддающиеся точному термодинамическому определению [уравнение (66)], и поэтому результаты, полученные помощью элементов, содержащих такие соединения, можно использовать для термодинамических расчетов (гл. XI, 9, и гл. XII, 1). В настоящем параграфе будет рассмотрено применение элементов с гетероионными жидкостными соединениями < Измерение электродвижущих сил этих элементов находит широкое применение при различных способах определения pH и может при соблюдении некоторых особых условий давать результаты, имеюнще термодинамический смысл. Эти условия носят экспериментальный характер и применяются для устранения диффузионных потенциалов, а не для вычисления их величии. [c.302]

В соответствии с этим в задачу рассматриваемой здесь термодинамической теории, связанной с определенной моделью мономолекулярного слоя [уравнения (IV,5) и (IV,10)], входит использование этих уравнений для обработки экспериментальных данных и нахождения таких значений по крайней мере двух первых констант и a или констант (Д5Г + Д)/Д, 5а, AU ж D которые отражают взаимодействия адсорбат — адсорбент и соответственно парные взаимодействия адсорбат — адсорбат. Значения этих констант должны зависеть только от свойств адсорбционной системы (структуры и физических свойств решетки адсорбента и молекулы адсорбата) и от температуры. Находимые обработкой экспериментальных данных значения констант (илиСх) и АС/ практически не зависят от способа обработки этих даннмх. Определение остальных констант, учитывающих взаимодействия адсорбат — адсорбат, затрудняется из-за недостаточной точности экспериментальных данных. Однако практически при использовании уравнения (IV,5) с числом членов не менее 3—6 можно получить такие значения констант i и Сг, которые в пределах погрешности опытных данных и расчета методом наименьших квадратов с помощью ЭВМ не зависят ни от числа членов, ни от введенного в расчет интервала экспериментальных значений Г начинающегося с самых низких из охваченных измерениями заполнений и доходящего обычно до 50—75% от величины, соответствующей заполнению плотного монослоя). [c.159]

Двойной слой на границе ртуть- раствор можно изучать экспериментально путем измерения поверхностного натяжения, заряда или емкости. В принципе электрокапиллярные кривые содержат всю информацию, которую можно получить с помощью термодинамических методов, но практически наиболее точные результаты получают при измфении емкости. Следует, однако, еще раз подчеркнуть, что определение электродного заряда и поверхностных избытков при помощи емкости в общем случае требует двух постоянных интегрирования, найденных из независимых измерений (см. разд. II, В). Эти константы иногда можно найти нетермодинамически (например, по теории диффузного слоя [15]), однако при этом необходимо раздельное измерение электродного заряда и поверхностного натяжения по меньшей мере при одном значении потенциала. Точность получаемых величин может в конечном итоге оказаться зависящей от надежности определения констант интегрирования, что в особенности относится к измерению поверхностного натяжения. К прямому измерению электродного заряда в работах по двойному слою прибегают не очень часто, однако в большинстве исследований адсорбции на твердых электродах ку-лонометрия играет основную роль. [c.80]

Наиболее точно константы равновесия реакций, приведенных 1В таблице, рассчитаны на осно-вании термодинамических уравнений, определяющих зависимость константы равновесия-при постоянном давлении от изменений молярной энтальпии ДЯо и из менений молярной энтро,пии реагентов. В частности, величины констант равновесия рассчитаны по энт-р п1ии и удельным теплоемкостям при постоянном давлении из.меренным при помощи точных спектральных методов. Точность определения этих констант на основании непосредственных измерений состояний равновесия статическими или динамическими методами недостаточна. Ошибки обусловлены невозможностью измерения температуры непосредственно на границе фаз при протекании гетерогенных реакций (между твердым топливом и газом). [c.14]

Олектрометрическое определение pH сводится, главным образом, к расчету квазитермодинамических констант по данным измерений электродвижущих сил (э. д. с.) соответствующих гальванических элементов. Поэтому, чтобы с достаточной полнотой характеризовать смысл экспериментальной величины pH и ее ограничения, необходимо исследовать протекающие в элементах процессы в свете термодинамических концепций. Следует отметить, что измерения pH с помощью индикаторов имеют косвенное отношение к шкале pH, определенной на основе гальванических элементов. Некоторые из основных принципов измерений э. д. с. и термодинамики растворов электролитов, необходимые для понимания теории и практики измерений э. д. с., рассмотрены в общих чертах в данной главе . [c.11]

Помимо рассмотренной выше общей задачи с помощью спектроскопических измерений решается также большое число более частных термодинамических вопросов. Речь идет об определении этим способом энтальпий реакций, энергий образования комплексов и ассоциатов, свободной энергии сольватации за счет универсальных и специфических межмолёкулярных сил и многих других задачах. К настоящему времени установлено множество разнообразных корреляций между термодинамическими характеристиками веществ и теми или иными параметрами молекулярных спектров. К числу подобных корреляций относится, в частности, связь между величиной смещения полосы валентного колебания группы ОН и энтальпией образования водородной связи. Так, если донором протона является фенол, то для реакции [c.126]

Доути и Цейбл [3] предложили новый метод определения 1 — полуэмпирической константы, полученной Флори, Репером и Хагинсом в их исследованиях по термодинамической системе полимер — растворитель. Наиболее важным моментом этой работы является то, что авторам удалось обнаружить новый метод определения константы р., характеризующей взаимодействие полимера с жидкостью, который дает возможность получения более точных данных. Метод основан на измерениях набухания (что технически гораздо проще, чем известный классический метод осмотического давления) и заключается в измерении объема набухания полимера с поперечными связями и определении среднего молекулярного веса полимеров между поперечными связями. Величины для линейных полимеров предварительно определялись измерением осмотического давления в самом растворителе. В опытах применялись поливинилхлориды, которые подвергались действию тепла для получения поперечных связей, и определялся средний молекулярный вес. При помощи полученного [c.191]

Экспериментальное подтверждение третьего закона заключается в предсказании константы равновесия при использовании абсолютных энтропий, вычисленных из калориметрических или спектроскопических Аанных, и в сравнении предсказанного значения с экспериментально установленным. Сравнение абсолютных энтропий, найденных двумя путями, т. е. и спектроскопическим и термохимическим, является также средством проверки правильности третьего закона. Коротко можно сказать, что для всех реакций, исследованных в конденсированных системах, третий закон в пределах ошибки опыта является справедливым. В случае газовых реакций или при сравнении энтропий нз двух различных источников имеются определенные расхождения, но ббльшая часть их удовлетворительно объясняется. Поскольку дело касается практического применения, мы можем с уверенностью заключить, что все химические индивидуумы обладают некоторым значением абсолютной энтропии, которым можно пользоваться для предсказания равновесия. Для относительно простых молекул эти энтропии можно вычислить из спектроскопических данных с помощью статистической механики, и значения, определенные таким образом, будут, вероятно, более точны, чем полученные по термодинамическим измерениям. Для большинства веществ должен применяться калориметрический метод он состоит в определении теплоемкостей и скрытых теплот для всего диапазона температур. Охлаждать до абсолютного нуля практически невозможно, но если охлаждение осуществляется с помощью жидкого водорода примерно до 12° К, то остаточная энтропия мала, и экстраполяцию до 7=0 можно провести с достаточной уверенностью. Метод экстраполяции был намечен в гл. IX. Конечным результатом подобных измерений является составление таблиц абсолютных энтропий элементов, ионов и соединений. Такие таблицы ещ далеко не полны, но все же имеются величины для большого числа веществ, представляющих промышленное значение. [c.570]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология