Введение в биофизику

Спецкурс “Введение в биофизику”

ВВЕДЕНИЕ

Основные понятия: система, фаза, гомогенная и гетерогенная системы, компонент. Классификация термодинамических систем по типу взаимодействия с окружающей средой. Состояния термодинамической системы. Уравнения состояния. Модель идеального газа. Отклонения от идеальности. Уравнение Ван-дер-Ваальса.

Постулаты термодинамики и вытекающие из них следствия. Функции состояния. Термодинамические потенциалы. Связь потенциалов друг с другом. Первое начало термодинамики. Внутренняя энергия. Теплота и работа. Работа расширения идеального газа. Энтальпия. Термохимия. Закон Гесса. Стандартное состояние вещества и стандартные энтальпии (тепловые эффекты) реакций.

Второй закон термодинамики. Принцип возрастания энтропии. Неравенство Клаузиуса. Энтропия и термодинамическая вероятность. Формула Больцмана. Энтропия равновесного и стационарного состояния. Свободная энергия Гиббса. Уравнение Гиббса-Гельмгольца.

Многокомпонентные системы и системы с изменяющимся составом. Химический потенциал. Способы записи химического потенциала. Общие условия равновесия. Условия равновесия и самопроизвольного протекания процессов в многокомпонентных системах. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СОСТОЯНИЯ ВЕЩЕСТВА
Химическая связь. Электроотрицательность элементов. Ионная связь. Потенциальная кривая. Формула Борна. Ковалентная, донорно-акцепторная связи. Химическая связь в электронодефицитных молекулах.
Межмолекулярные взаимодействия. Ориентационные, индукционные и дисперсионные взаимодействия. Потенциал Леннарда-Джонса. Межмолекулярная и внутримолекулярная водородная связь.
Твердое тело, жидкость, газ. Кристаллы. Элементарная ячейка. Аморфное состояние. Структура жидкости. Функция радиального распределения. Ближний и дальний порядок. Жидкие кристаллы. Характеристика термотропных и лиотропных жидких кристаллов.
Гетерогенные системы. Определение фазы, компонента, степени свободы. Фазовые равновесия. Правило фаз Гиббса. Однокомпонентые системы. Диаграмма состояния воды. Структура льда. Структура и свойства воды. Связанная вода.

Контрольная работа

ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА

Основные понятия химической кинетики. Скорость химической реакции. Основной постулат химической кинетики (закон действующих масс) и область его применимости. Константа скорости химической реакции. Порядок и молекулярность реакций. Уравнения необратимых (односторонних) реакций первого, второго, 0-ного порядков. Кинетическая кривая. Время полупревращения. Методы определения порядка реакции и константы скорости химической реакции.

Обратимые реакции. Химическое равновесие. Условие химического равновесия. Константа равновесия. Разные способы записи константы равновесия.

Представление о цепных реакциях. Свободные радикалы. Элементарные процессы возникновения, продолжения, разветвления и обрыва цепей. Разветвленные и неразветвленные цепные реакции. Особенности кинетики разветвленных цепных реакций на примере перекисного окисления липидов.  

Зависимость скорости реакции от температуры. Правило Вант-Гоффа. Уравнение Аррениуса.

Представление о теориях химической кинетики. Теория активных столкновений. Стерический множитель. Теория активированного комплекса (теория переходного состояния или теория абсолютных скоростей реакций). Основные положения и область применимости. Свойства активированного комплекса. Термодинамический аспект теории активированного комплекса. Координата реакции. Применение теории активированного комплекса к бимолекулярным реакциям. Кинетика ферментативных реакций.

Контрольная работа

зачет

Рекомендуемая литература

Основная

1.  Балезин С. А., Ерофеев Б. В., Подобаев Н. И. Основы физической и коллоидной химии. М.: Просвещение, 1975

2.  Уильямс В., Уильямс Х. Физическая химия для биологов. М.: Мир,1976

3.  Краснов К. С. Молекулы и химическая связь. М.: Высшая школа, 1984

4.  Карапетьянц, М. Х., Дракин С. И. Строение вещества. М.: Высшая школа, 1970

5.  Минц Р. И., Кононенко Е. В. Жидкие кристаллы в биологических системах. Итоги науки и техники, сер. Биофизика, М.: 1982. т.13

6.  Еремин Е. Н. Основы химической кинетики. М.: Высшая школа, 1983

7.  Семиохин И. А., Страхов Б. В., Осипов А. И. Кинетика химических реакций. М.: Изд. МГУ, 1995

8.  Полторак О. М. Термодинамика в физической химии. М.: Высшая школа, 1991.

9.  Зацепина Г. Н. Физические свойства и структура воды. М.: Изд. МГУ, 1987

10.  Кнорре Д. Г., Крылова Л. Ф., Музыкантов В. С. Физическая химия. Строение и состояние вещества. М.: 1981.

Дополнительная

1.   Белая М. Л., Левадный В. Г. Молекулярная структура воды. Знание, сер. Физика, 1987.

2.   Уоттерсон Дж. Г. Роль воды в функции клетки. Итоги науки и техники, сер. Биофизика, 1991, т.36, №1, с.5-30.

3.   Герасимов Я. И., Гейдерих В. А. Термодинамика растворов. М.: Изд. МГУ, 1980

4.   Блинов Л. М., Пикин С. А. Жидкокристаллическон состояние вещества. Знание, сер. Физика.1986

5.   Крестов Г. А., Кобенин В. А. От кристалла к раствору. Л.: Химия, 1977

6.   Горшков В. И., Кузнецов И. А. Основы физической химии. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1993

7.   Эткинс С. П. Физическая химия. В 2 т. М.: Мир, 1980

8.   Смирнова Н. А. Методы статистической термодинамики в физической химии. М.: Высшая школа, 1982

9.   Эйринг Г., Лин С. Г., Лин С. М. Основы химической кинетики. М. Мир, 1983.

10. Давид Р. Введение в биофизику. М.: Мир, 1982