Номер 67, страница 300 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

11.67. Определите знаки (–, 0, +) термодинамических функций $∆H$ и $∆S$ для следующих реакций: 1) денатурация ДНК; 2) ренатурация ДНК; 3) образование оксигемоглобина из гемоглобина; 4) диссоциация карбоксигемоглобина на гемоглобин и СО.

Решение

Для определения знаков изменения энтальпии ($\Delta H$) и энтропии ($\Delta S$) необходимо проанализировать каждый процесс с точки зрения термодинамики.

• Изменение энтальпии ($\Delta H$) отражает тепловой эффект процесса. Если для протекания процесса требуется поглощение теплоты (например, при разрыве химических связей), то процесс является эндотермическим, и $\Delta H > 0$ (+). Если в ходе процесса теплота выделяется (например, при образовании связей), то процесс является экзотермическим, и $\Delta H < 0$ (–).
• Изменение энтропии ($\Delta S$) является мерой неупорядоченности системы. Если в результате процесса порядок в системе уменьшается (например, распад сложной молекулы на более простые, увеличение числа частиц), то энтропия возрастает, и $\Delta S > 0$ (+). Если система становится более упорядоченной (например, образование сложной структуры из простых компонентов), то энтропия убывает, и $\Delta S < 0$ (–).

1) денатурация ДНК

Денатурация ДНК — это процесс расхождения двух цепей двойной спирали с разрывом водородных связей между ними. Разрыв связей всегда требует затрат энергии, поэтому процесс эндотермический, и $\Delta H > 0$. При этом одна высокоупорядоченная макромолекула превращается в две менее упорядоченные, более хаотично расположенные в пространстве одиночные цепи. Следовательно, беспорядок в системе возрастает, и $\Delta S > 0$.

Ответ: $\Delta H > 0$ (+), $\Delta S > 0$ (+).

2) ренатурация ДНК

Ренатурация — процесс, обратный денатурации, то есть образование двойной спирали ДНК из двух комплементарных одиночных цепей. Этот процесс сопровождается образованием множества водородных связей, что приводит к выделению энергии. Следовательно, процесс экзотермический, и $\Delta H < 0$. Две отдельные молекулы объединяются в одну, более сложную и упорядоченную структуру. Порядок в системе возрастает, что приводит к уменьшению энтропии, $\Delta S < 0$.

Ответ: $\Delta H < 0$ (–), $\Delta S < 0$ (–).

3) образование оксигемоглобина из гемоглобина

Процесс описывается уравнением: $Hb + O_2 \rightleftharpoons HbO_2$. При образовании оксигемоглобина происходит связывание молекулы кислорода с гемоглобином. Образование связи — экзотермический процесс, поэтому $\Delta H < 0$. В ходе реакции из двух частиц (молекулы гемоглобина и молекулы кислорода) образуется одна частица (молекула оксигемоглобина). Уменьшение числа частиц в системе ведет к увеличению упорядоченности и, соответственно, к уменьшению энтропии, $\Delta S < 0$.

Ответ: $\Delta H < 0$ (–), $\Delta S < 0$ (–).

4) диссоциация карбоксигемоглобина на гемоглобин и СО

Процесс диссоциации описывается уравнением: $HbCO \rightleftharpoons Hb + CO$. Это процесс, обратный связыванию, и он включает разрыв связи между гемоглобином и молекулой угарного газа (CO). Разрыв связи требует затрат энергии, поэтому процесс эндотермический, и $\Delta H > 0$. Одна сложная молекула распадается на две более простые частицы. Увеличение числа частиц в системе ведет к росту беспорядка, а значит, и к увеличению энтропии, $\Delta S > 0$.

Ответ: $\Delta H > 0$ (+), $\Delta S > 0$ (+).