Chuong 1. Nhiet dong hoc he sinh vat.pptx

Nguyễn Minh Trung – Trường Đại học Tây Nguyên – 0915656450 – nguyenminhtrung2389@gmail.com
BÀI GIẢNG LÝ SINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÂY NGUYÊN
CHƯƠNG 1
NHIỆT ĐỘNG HỌC HỆ SINH VẬT
(Biological Thermodynamic)
GV: NGUYỄN MINH TRUNG

NỘI DUNG
1.1. NHIỆT ĐỘNG HỌC HỆ SINH VẬT VÀ HƯỚNG NGHIÊN
CỨU
1.2. MỘT SỐ KHÁI NIỆM VÀ ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN
1.3. ĐỊNH LUẬT I NHIỆT ĐỘNG HỌC HỆ SINH VẬT
1.4. ĐỊNH LUẬT II NHIỆT ĐỘNG HỌC HỆ SINH VẬT

MỤC TIÊU
• Nắm bắt và phân biệt được các khái niệm và đại lượng cơ bản của nhiệt động học
• Hiểu bản chất và vận dụng Định luật I Nhiệt động học và những hệ quả của nó để
giải thích các quá trình biến đổi năng lượng trên cơ thể sống.
• Vận dụng phương pháp nhiệt lượng kế gián tiếp giải quyết các bài toán thực
nghiệm.
• Hiểu bản chất và vận dụng Định luật II Nhiệt động học vào giải thích chiều hướng
diễn tiến của các quá trình sinh học.
• Nắm bắt mối liên hệ giữa các đại lượng đặc trưng cho các trạng thái và quá trình
nhiệt động. Giải thích các hiện tượng liên quan xảy ra trong đời sống.

1.1. NHIỆT ĐỘNG HỌC HỆ SINH VẬT VÀ HƯỚNG
NGHIÊN CỨU
Nhiệt động học là
một môn khoa học
nghiên cứu về biến
đổi năng lượng.
Cơ thể sống là một
thực thể tồn tại
trong vũ trụ luôn
thực hiện các quá
trình biến đổi năng
lượng trong quá
trình sinh trưởng và
phát triển của
mình.
Nhiệt động học hệ sinh vật
là lĩnh vực nghiên cứu:
Hiệu ứng năng lượng;
Sự chuyển hóa giữa các dạng năng lượng;
Khả năng tiến triển;
Chiều hướng và giới hạn tự diễn biến của
các quá trình xảy ra trong hệ thống sống

1.1. NHIỆT ĐỘNG HỌC HỆ SINH VẬT VÀ HƯỚNG
NGHIÊN CỨU
Đối tượng nghiên cứu
• Cơ thể sống với những đặc
trưng cơ bản nhất
Phương pháp nghiên cứu
• Phương pháp thống kê.
• Phương pháp nhiệt động
• Trạng thái bình
thường
• Trạng thái hoạt
động.
Nghiên cứu
sự chuyển
biến năng
lượng
• Quá trình khuếch
tán,
• Thẩm thấu,
• Vận chuyển tích
cực…
Nghiên cứu
tính chất
nhiệt động
của các quá
trình

1.2. MỘT SỐ KHÁI NIỆM, ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN
1.2.1. Hệ nhiệt động
1.2.2. Trạng thái
1.2.3. Quá trình
1.2.4. Năng lượng – nội năng
1.2.5. Công và nhiệt

Hệ nhiệt động
• Là một vật hay một đối tượng
• Được cấu tạo số lớn các phần
tử có kích thước rất nhỏ so
với vật
• Giới hạn trong một khoảng
không gian xác định bởi ranh
giới của hệ với môi trường.

• Là một tồn tại đặc biệt
của protid và các chất
khác;
• Có khả năng tự tái tạo;
• Khả năng tự phát triển.
3 điểm
khác biệt:

1.2.2. Trạng thái
Trạng thái
Tham số trạng thái
Phương trình trạng thái
Trạng thái cân bằng
Hàm trạng thái

1.2.3. Quá trình
Quá trình
Quá trình cân bằng
Quá trình thuận nghịch
Quá trình bất thuận nghịch
Hàm quá trình

1.2.4. Năng lượng – Nội năng
Năng lượng
• Năng lượng là đại lượng đặc
trưng cho mức độ vận động
của vật chất bên trong hệ.
• Ở mỗi trạng thái nhất định,
hệ có những vận động xác
định  có một năng lượng
xác định.
• Là một hàm trạng thái
𝑾 = 𝑾đ + 𝑾𝒕 + 𝑼
Tùy theo tính chất của hệ chuyển động
và tương tác của các phần cấu tạo,có
thể chia nội năng của hệ thành:
Động năng
chuyển
động hỗn
loạn của
các phân
tử chuyển
động
Thế năng
tương tác
do sự hút
và đẩy lẫn
nhau giữa
các phân
tử
Năng
lượng hạt
nhân
nguyên tử
và năng
lượng của
các điện tử

1.2.4. Năng lượng – Nội năng
• dU vs U
Nội năng của
hệ là một hàm
trạng thái
• ∆𝑼 = 𝟎
Hệ thực hiện
một chu trình:
• ∆𝑼 = 𝑼𝟏
𝑼𝟐
𝒅𝑼 = 𝑼𝟐 − 𝑼𝟏
Nếu hệ biến
đổi:

1.2.5. Công và nhiệt
• Công:
𝑨(𝑱) = 𝒅𝑨 = 𝑭. 𝒅𝒔
• Nhiệt lượng :
∆𝑸(𝒄𝒂𝒍) = 𝒎. 𝒄. ∆𝑻
𝒄 =
∆𝑸
𝒎. ∆𝑻
𝑱 =
𝑨
𝑸
=
𝟒𝟐𝟕𝒌𝒈𝒎
𝒌𝒄𝒂𝒍
= 𝟒, 𝟏𝟖
𝑱
𝒄𝒂𝒍

1.3. ĐỊNH LUẬT I NHIỆT ĐỘNG HỌC HỆ SINH VẬT
1.3.1. Định luật I nhiệt động học và hệ quả
1.3.2. Hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học. Định luật Hess
1.3.3. Phân biệt máy nhiệt và cơ thể sống
1.3.3. Áp dụng định luật I nhiệt động học vào hệ thống sống
1.3.4. Phương pháp nhiệt lượng kế gián tiếp
1.3.5. Một số quá trình biến đổi năng lượng trên cơ thể sống

1.3.1.1. Phát biểu
"Trong một quá trình nếu năng
lượng ở dạng này biến đi thì năng
lượng ở dạng khác sẽ xuất hiện
với lượng hoàn toàn tương
đương với giá trị của năng lượng
dạng ban đầu".
“Độ biến thiên nội năng của hệ
trong một quá trình biến đổi bằng
tổng của công và nhiệt mà hệ
nhận được trong quá trình đó”.
“Nhiệt lượng hệ nhận được
trong một quá trình biến đổi có
giá trị bằng độ biến thiên nội
năng của hệ và công do hệ sinh
ra trong quá trình đó”
U = Q + A
Q = U + A’
dU = Q + A

1.3.1.2. Hệ quả
Khi hệ thực hiện một chu trình kín, nếu không cung cấp nhiệt lượng cho
hệ thì hệ không có khả năng sinh công.
Khi cung cấp cho hệ một nhiệt lượng, nếu hệ không thực hiện công thì
toàn bộ nhiệt lượng mà hệ nhận được sẽ làm tăng nội năng của hệ.
Khi không cung cấp nhiệt lượng cho hệ mà hệ muốn thực hiện công thì
chỉ có cách là làm giảm nội năng của hệ.
Trong một hệ cô lập, hệ không trao đổi công lẫn nhiệt với môi trường
bên ngoài thì nội năng của hệ được bảo toàn.

• Để hiểu đầy đủ các phản ứng hóa học,
cần phải biết nhiệt lượng giải
phóng/hấp thụ của phản ứng (quá
trình đẳng nhiệt)
 Nhiệt lượng giải phóng/hấp thụ của
một mol vật chất trong phản ứng gọi là
nhiệt phản ứng.
• Enthalpy H:
𝑯 = 𝑼 + 𝒑. 𝑽
𝒅𝑯 = 𝒅𝑼 + 𝒑𝒅𝑽 + 𝑽𝒅𝒑
𝒅𝑯 = 𝜹𝑸 + 𝑽𝒅𝒑
• Trường hợp đẳng áp:
𝒅𝑯 = 𝒅𝑼 + 𝒑𝒅𝑽 = 𝜹𝑸
 Sự biến thiên enthalpy hệ nhận được là
tổng sự biến thiên nội năng và công.

“Hiệu ứng nhiệt của các phản ứng
hóa học chỉ phụ thuộc vào dạng và
trạng thái của chất đầu và chất
cuối mà không phụ thuộc vào cách
chuyển biến”.
Vì Q1 = Q2 + Q3 nên Q2 = Q1 – Q3
Q2 = 97Kcal/mol – 68Kcal/mol = 29Kcal/mol
Q3
B C
Q1
Q B1, B2,
B3
A1, A2,
A3
Q4
Q6
E F
Q5
Q2
Q1 = 97Kcal/mol
CO
CO2
C
+ O2
Xác định hiệu ứng nhiệt của nhiều phản
ứng hóa sinh
Tính nhiệt lượng của thức ăn

1.3.3. Phân biệt máy nhiệt và cơ thể sống
Hệ số hữu ích của một máy
nhiệt được xác định theo
biểu thức:
𝛈 =
𝑻𝟏 − 𝑻𝟐
𝑻𝟏
• Trong đó: T1 là nhiệt độ tuyệt đối
của nguồn nhiệt; T2 là nhiệt độ
tuyệt đối của nguồn lạnh; 𝜂 là hệ
số hữu ích.

1.3.3.1. Các dạng công trong cơ thể sống
•Công sinh ra khi tổng hợp các hợp chất cao phân tử từ các
chất có trọng lượng phân tử thấp và khi thực hiện các phản
ứng hóa học xác định.
Công hóa học
•Công sinh ra khi dịch chuyển các bộ phận cơ thể, các cơ quan
hay toàn bộ cơ thể nhờ lực cơ học của cơ.
Công cơ học
•Công vận chuyển các chất khác nhau qua màng hay qua các
hệ đa màng ngược chiều phát triển của gradient nồng độ.
Công thẩm thấu
•Công vận chuyển các hạt mang điện trong điện trường, tạo
nên các hiệu điện thế và các dòng điện.
Công điện

1.3.3.1. Các dạng công trong cơ thể sống

1.3.3.2. Nhiệt sơ cấp và nhiệt thứ cấp
• xuất hiện do KẾT QUẢ PHÂN TÁN
NĂNG LƯỢNG NHIỆT TẤT NHIÊN
trong quá trình trao đổi chất.
Nhiệt sơ cấp
• xuất hiện khi NĂNG LƯỢNG HỮU
ÍCH ĐÃ TÍCH LŨY TRONG CƠ THỂ
ĐƯỢC SỬ DỤNG ĐỂ SINH CÔNG.
Nhiệt thứ cấp

Phương pháp nhiệt lượng kế gián
tiếp, La Voizier và Laplace, năm 1780
Thí nghiệm của Atwater và Rosa năm
1904

Bảng 1-1. Hiệu ứng nhiệt các phản ứng diễn ra trong
cơ thể người trong 24h
Nhiệt đưa vào (Kcal) Nhiệt thải ra (Kcal)
Thức ăn
56,8g protid 237
79,9g glucid 335
140,0g lipid 1307
Nhiệt thải qua da 1374
Khi thở ra 43
Phân và nước tiểu 23
Bay hơi qua đường hô
hấp 181
Bay hơi qua da 227
Hiệu đính 31
Tổng cộng 1879 Tổng cộng 1879
𝜹𝑸 = 𝜹𝑬 + 𝜹𝑨 + 𝒅𝑼
• Q là nhiệt lượng sinh ra trong
quá trình đồng hóa thức ăn;
• E là phần mất mát năng lượng
vào môi trường xung quanh;
• A là công do cơ thể thực hiện
chống lại lực của môi trường
ngoài;
• dU là năng lượng dự trữ dưới
dạng hóa năng

Cơ sở:
• sự liên quan chặt chẽ của nhiệt
lượng chứa trong thức ăn với
lượng khí oxy tiêu thụ hoặc
lượng khí carbonic thải của cơ
thể động vật máu nóng.
C6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6H2O + 678 KCal
(180gam) (134,4l) (134,4l)
Hai cách tính
Thông qua đương
lượng nhiệt của oxy
Thông qua thương
số hô hấp

Q (Kcal) = Số lít O2 (hoặc số lít
CO2) x Đương lượng nhiệt của O2
Q (Kcal) = Số lít O2 x 4,825
Thức
ăn
Số lít O2 cần
để oxy hóa 1
gam thức ăn
Số lít CO2 thải
ra sau khi oxy
hóa 1 gam thức
ăn
Đương
lượng
nhiệt của
oxy
Glucid 0,83 0,83 5,045
Protein 0,97 0,77 4,46
Lipid 2,03 1,42 4,74
Thương số hô hấp, tỷ lệ CO2/O2.
• Glucid là 1; Lipid là 0,7; Protein là 0,8;
• Thức ăn hỗn hợp là 0,85 đến 0,9.
Bảng 1-3. Thương số hô hấp và đương lượng nhiệt của
oxy
TS hô
hấp
0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 0,95 1
ĐLN
của
oxy
4,686 4,739 4,801 4,862 4,924 4,985 5,05

1.3.6. Một số quá trình biến đổi năng lượng trên cơ thể sống
Năng lượng trong quá trình co cơ
Công trong hô hấp
Năng lượng ở tim mạch

1.3.6.1. Năng lượng trong quá
trình co cơ

1.3.6.1. Năng lượng trong quá trình co cơ
• Gọi x là chiều dài cơ, dx là biến đổi rất nhỏ
của chiều dài cơ, F(x) là lực phát sinh do
cơ, công A do cơ sinh ra:
𝑨 =
𝒙𝟏
𝒙𝟐
𝑭 𝒙 𝒅𝒙
• Năng lượng cung cấp cho cơ để:
• THỰC HIỆN CÔNG
• Duy trì sự căng cơ
• Một phần chuyển thành nhiệt năng (1,6.10-
2 J/Kg.s và tăng lên khi cơ co)
• Có sự khác biệt giữa công thực tế A0 và
công tổng cộng Am (tính theo lý thuyết) 
hiệu suất của công do co cơ:
𝜼 =
𝑨𝟎
𝑨𝒎

1.3.6.1. Năng lượng trong quá trình co cơ
• Năng lượng được sử dụng khi co cơ
được lấy trực tiếp từ ATP.
• Nguồn ATP có sẵn tại cơ không nhiều 
ATP cung cấp tổng hợp ngay tại cơ nhờ
phosphocreatine và glycogen (cung
cấp năng lượng yếm khí cho cơ):
Phosphocreatin + ADP  ATP + creatin
Glucose + 3H3PO4 + 2ADP  2 Lactate
+ 2ATP + 2H2O

2.3.6.2. Công trong hô hấp
• Công hô hấp được thực hiện bởi các nhóm cơ
hô hấp để thắng tất cả các lực cản khi thông
khí.
• Công hô hấp được tính bằng tích số giữa áp
suất và giá trị thể tích thay đổi tương ứng:
𝑨 =
𝑽𝟐
𝑽𝟏
𝒑𝒅𝑽
• Trong thực tế, công hô hấp có thể được xác
định bằng phế dung kế.

2.3.6.3. Năng lượng ở tim mạch
• Tim hoạt động thường xuyên như một cái
bơm liên tục  áp suất đẩy máu vào mạch.
• Công suất cơ học của tim vào khoảng 1,3 –
1,4W (toàn cơ thể, khoảng 100W).

2.3.6.3. Năng lượng ở tim mạch
• Cơ tim:
• Thực hiện công cơ học
• Tạo ra độ căng của cơ hay trương
lực cơ.
• Mối quan hệ giữa áp lực và trương
lực của buồng tim (định luật
Laplace):
𝒑 = 𝑻
𝟏
𝒓𝟏
+
𝟏
𝒓𝟐
hay 𝑻 = 𝒑
𝒓𝟏𝒓𝟐
𝒓𝟏+𝒓𝟐
• Nguồn cung cấp năng lượng cho
hoạt động của cơ tim ATP.
• Oxy hóa phospholipid, không phải
là phân tử glucose.
• Hiệu suất sử dụng năng lượng biến
đổi thành công cơ học 20 – 30% (lúc
lao động nặng), hiệu suất rất lớn so
với các máy móc nhân tạo.

1.4. ĐỊNH LUẬT II NHIỆT ĐỘNG HỌC
1.4.1. Quá trình thuận nghịch và quá trình bất thuận nghịch
1.4.2. Một vài thông số nhiệt động quan trọng
1.4.3. Định luật II nhiệt động học
1.4.4. Áp dụng định luật II nhiệt động học vào hệ thống sống

1.4.1. Quá trình thuận nghịch và bất thuận nghịch

1.4.2. Một vài thông số nhiệt động quan trọng
Gradient
Entropy
Năng lượng tự do

Gradient
𝒈𝒓𝒂𝒅𝒇 =
𝝏𝒇
𝝏𝒙
𝒊 +
𝝏𝒇
𝝏𝒚
𝒋 +
𝝏𝒇
𝝏𝒛
𝒌
• Nếu f chỉ là hàm một biến x thì:
𝒈𝒓𝒂𝒅𝒇 =
𝝏𝒇
𝝏𝒙
𝒊
• Giả sử f là hàm nồng độ C, biến thiên giá
trị trên một đơn vị chiều dài trục Ox. Ta
có:
𝑮𝒓𝒂𝒅𝑪 =
𝒅𝑪
𝒅𝒙
Trong tế bào sống tồn tại rất
nhiều loại gradient khác nhau:
• Gradient áp suất thẩm thấu;
• Gradient độ hòa tan;
• Gradient màng;
• Gradient nồng độ;
• Gradient điện thế…
Khi tế bào chết, các loại
gradient bị triệt tiêu.

Entropy
A B

Entropy
A B A B A B A B
A B A B
𝑾 =
𝑵!
𝒏𝑨! 𝒏𝑩!

Số phần tử ở phần
Số cách phân phối
(xác suất nhiệt động W)
Xác suất toán học P
A B
6
5
4
3
2
1
0
0
1
2
3
4
5
6
1
6
15
20
15
6
1
1/64
6/64
15/64
20/64
15/64
6/64
1/64
Tổng cộng 64 64/64

Entropy
• Định nghĩa 1:
S = k.lnW
• Trong đó:
• S là entropy của hệ;
• k là hằng số Boltzmann bằng 1,38.10-
16erg/độ.
• Định nghĩa 2:
dS = Q/T
• Trong trường hợp T thay đổi
𝜟𝑺 =
𝒊=𝟏
𝒏
𝜹𝑸𝒊
𝑻𝒊
hay 𝜟𝑺 = 𝑨
𝑩 𝜹𝑸
𝑻
= 𝑺𝑩 − 𝑺𝑨

Entropy
Là một hàm trạng thái;
Là đại lượng có thể cộng được;
Được xác định sai khác một hằng số cộng;
Khi hệ nhận nhiệt, entropy của hệ tăng; Khi
hệ trao nhiệt, entropy của hệ giảm đi;
Entropy là đại lượng đặc trưng cho mức độ hỗn
loạn của một hệ nào đó.
• Giả sử một hệ cô lập gồm hai phần
nhiệt độ T1 và T2 (T1 < T2).
• Hai phần này trao nhau nhiệt lượng:
𝜹𝑸𝟏 = − 𝜹𝑸𝟐 = 𝜹𝑸 > 𝟎
• Sự thay đổi entropy của cả hệ:
𝒅𝑺 =
𝜹𝑸𝟏
𝑻𝟏
+
𝜹𝑸𝟐
𝑻𝟐
=
𝑸
𝑻𝟏
−
𝑸
𝑻𝟐
> 𝟎

Năng lượng tự do
𝜹𝑸 = 𝑻. 𝒅𝑺
• Kết hợp với biểu thức định luật I NĐH:
𝛿𝐴′ = 𝑇. 𝑑𝑆 − 𝑑𝑈
𝛿𝐴′ = − 𝑑𝑈 − 𝑇𝑑𝑆
𝛿𝐴′ = − 𝑑𝑈 − 𝑑 𝑇𝑆
𝛿𝐴′ = −𝑑 𝑈 − 𝑇𝑆
Đặt 𝑭 = 𝑼 − 𝑻𝑺 gọi là năng lượng tự do của hệ.
𝜹𝑨′ = −𝒅𝑭 𝒉𝒂𝒚 𝑼 = 𝑭 + 𝑻𝑺

1.4.3. Định luật II nhiệt động học
Thompson:
• Không thể chế tạo được một động cơ thực
hiện một chu trình biến đổi để sinh công mà
chỉ nhận nhiệt lượng từ một nguồn duy nhất”
Claussius:
• “Nhiệt lượng không thể tự nó truyền từ nguồn
lạnh sang nguồn nóng hơn”.
Boltzmann:
• “Trong các hệ cô lập, chỉ những quá trình nào
kéo theo sự tăng entropy mới có thể tự diễn
tiến; giới hạn tự diễn tiến của chúng là trạng
thái có trị số entropy cực đại”. ∆𝑺 ≥ 𝟎

1.4.4. Áp dụng định luật II nhiệt động học vào hệ thống sống
• Cơ thể sống là một hệ thống:
• Có tính trật tự và tổ chức cao;
• Những cấu trúc đặc thù luôn được
bảo toàn và phát triển;
• Năng lượng tự do lớn;
• Gradient luôn được duy trì và tồn tại;
• Khả năng sinh công dồi dào;
• Entropy có thể không tăng mà còn
giảm.
• Định luật II NĐH chỉ ra rằng:
• Hệ chỉ có thể xảy ra các quá trình
phân tán năng lượng;
• Entropy của hệ luôn tăng đến giá trị
cực đại
• Năng lượng tự do giảm dần về không
• Hệ không còn khả năng sinh công.

1.4.4.1. Trạng thái dừng của hệ thống sống
• Trong hệ cô lập, các quá trình biến đổi bị
giới hạn bởi số lượng vật chất tham gia
quá trình đó. Khi quá trình biến đổi kết
thúc:
• Hệ đạt đến trạng thái cân bằng
• Các thông số của hệ không thay đổi theo thời
gian
 Hệ ở trạng thái cân bằng nhiệt động hay
trạng thái cân bằng hóa học khi quá trình biến
đổi của hệ là các phản ứng hóa học
• Trong hệ thống sống, trong quá trình phát
triển:
• Entropy của hệ có thể giảm và năng lượng tự do
lại tăng;
• Đến một thời điểm nhất định, độ trật tự của hệ
và khả năng sinh công được dự trữ đến một mức
nhất định đủ để duy trì sự sống.
• Khi đó, các thông số trạng thái của hệ không
đổi theo thời gian  trạng thái dừng.

Cân bằng nhiệt động Cân bằng dừng
1. Không có dòng vật chất vào và ra khỏi
hệ
2. Tốc độ phản ứng thuận bằng tốc độ
phản ứng nghịch (V1 = V2)
3. Tốc độ phản ứng phụ thuộc vào nồng
độ ban đầu của các chất tham gia phản
ứng
4. Chất xúc tác không làm thay đổi tỷ lệ
chất phản ứng
1. Có dòng vật chất vào và ra khỏi hệ
2. Tốc độ phản ứng thuận luôn lớn hơn tốc độ
phản ứng nghịch, do dòng vật chất vào – ra
(V1 > V2)
3. Tốc độ phản ứng không phụ thuộc vào nồng
độ ban đầu của các chất tham gia phản ứng,
nồng độ dừng liên tục được giữ nguyên do
dòng vật chất đi vào
4. Chất xúc tác làm thay đổi nồng độ dừng, ảnh
hưởng tốc độ của quá trình

Cân bằng nhiệt động Cân bằng dừng
5. Không cần tiêu phí năng lượng tự do để
duy trì cân bằng.
6. Năng lượng tự do và khả năng sinh
công của hệ bằng không
7. Entropy của hệ có giá trị cực đại
8. Không có grdient trong hệ
5. Cần liên tục năng lượng tự do để duy trì
cân bằng.
6. Năng lượng tự do và khả năng sinh công
của hệ không đổi và khác không
7. Entropy của hệ không đạt giá trị cực đại
8. Có gradient trong hệ

• Dạng I: Bước chuyển với độ lệch dư (đường b)
• Hệ tự điều chỉnh lên mức cao hơn và tốc độ các quá trình cao
hơn một chút.
• Dạng II: Bước chuyển theo dạng hàm mũ (đường a)
• Bước chuyển tiết kiệm nhất.
• Hệ có xu hướng hoạt động với năng lượng tiêu thụ thấp nhất.
• Dạng III: Bước chuyển với mức “xuất phát giả” (đường
c).
• Tương ứng với phản ứng của cơ thể khi có tổn thương.
v
t

• Hệ phức tạp  những bước chuyển
ứng với những đường cong phức tạp,
nhiều điểm cực trị.
• Sự chuyển của trạng thái dừng từ
mức này sang mức khác xảy ra khi có
sự thay đổi của môi trường ngoài.
• Những bước chuyển khác nhau của
các dạng đường cong phụ thuộc vào
cường độ tác động của tác nhân kích
thích.
• Sự đồng nhất về các dạng đường cong
ở các nhóm sinh vật khác nhau là minh
chứng cho một đặc tính chung nhất
của sinh vật là tính mở.

• Sự tiến hóa của trạng thái dừng xảy
ra theo hướng tiến tới những quá trình
xảy ra với tốc độ cao hơn, nhưng vẫn
bảo toàn sự ổn định của hệ.
• Đây là đặc điểm phân biệt sinh vật
bậc cao và sinh vật bậc thấp.
• Trong quá trình tiến hóa:
• Sự nâng cao tốc độ phản ứng nhờ tác dụng
của các enzyme ở nhiệt độ thấp.
• Tính ổn định của hệ được kiểm soát bởi sự
duy trì cân bằng nội môi nhờ các liên hệ
ngược.
• Sự ổn định các yếu tố ảnh hưởng đến
tốc độ các phản ứng hóa học bên
trong có giá trị hàng đầu.

1.4.4.2. Sự biến đổi entropy ở hệ thống sống
• Hệ thống sống là hệ mở, thực hiện trao
đổi chất và năng lượng với môi trường
xung quanh  Sự biến thiên entropy của
hệ được chia làm hai thành phần:
• dSi là biến thiên entropy bên trong cơ thể;
• dSe là biến thiên entropy của môi trường
bên ngoài.
 Biến thiên entropy chung của hệ:
𝒅𝑺 = 𝒅𝑺𝒊 + 𝒅𝑺𝒆
• Trong hệ thống sống, các quá trình biến đổi xảy
ra đều bất thuận nghịch nên 𝒅𝑺𝒊 > 0.
• Đối với 𝒅𝑺𝒆:
• 𝒅𝑺𝒆 = 𝟎 là không thể xảy ra vì trái với thực tế.
• Khi 𝒅𝑺𝒆 > 𝟎  𝒅𝑺 > 𝟎: Đúng với định luật II
nhiệt động học
• Khi 𝒅𝑺𝒆 < 𝟎:
• Nếu 𝒅𝑺𝒆 < 𝒅𝑺𝒊  𝒅𝑺 > 𝟎
• Nếu 𝒅𝑺𝒆 > 𝒅𝑺𝒊  𝒅𝑺 < 𝟎
• Nếu 𝒅𝑺𝒆 = 𝒅𝑺𝒊  𝒅𝑺 = 𝟎 (hệ ở
trạng thái dừng).

• Để đặc trưng cho tốc độ biến thiên
entropy trong các quá trình biến
đổi ở hệ mở, dùng công thức
Prigogine:
𝒅𝑺
𝒅𝒕
=
𝒅𝑺𝒊
𝒅𝒕
+
𝒅𝑺𝒆
𝒅𝒕
• Khi hệ ở trang thái dừng ta có:
𝒅𝑺
𝒅𝒕
=
𝒅𝑺𝒊
𝒅𝒕
+
𝒅𝑺𝒆
𝒅𝒕
= 𝟎
hay
𝒅𝑺𝒊
𝒅𝒕
= −
𝒅𝑺𝒆
𝒅𝒕
≠ 𝟎

• Với các phản ứng hóa học thuận
nghịch, sự cân bằng nhiệt động
được xác định bằng sự bằng nhau
giữa tốc độ phản ứng thuận và
nghịch:
𝒅𝑺𝒊
𝒅𝒕
= 𝟎
và khi hệ mở ở trạng thái dừng:
𝒅𝑺𝒊
𝒅𝒕
= −
𝒅𝑺𝒆
𝒅𝒕
= 𝑪 ≠ 𝟎
 ở trạng thái dừng, tốc độ phản
ứng thuận có thể vượt quá tốc độ
phản ứng nghịch nhưng hiệu số
phải giữ không đổi theo thời gian.

• Khi nghiên cứu các hệ mở, Prigogine nhận thấy:
• Độ tăng entropy quy định bởi các quá trình bất thuận nghịch là dương và nhận
giá trị nhỏ nhất trong các giá trị có thể.
• Nghĩa là, tốc độ tăng entropy hay tốc độ giảm năng lượng tự do là cực tiểu với
những điều kiện cho trước.
 Cơ thể sống có xu hướng hoạt động ở mức năng lượng thuận lợi
nhất.

• Kết luận:
•
𝒅𝑺𝒊
𝒅𝒕
= −
𝒅𝑺𝒆
𝒅𝒕
≠ 𝟎: Sự trao đổi chất
của cơ thể sống với môi trường
ngoài là bắt buộc.
• Tuy nhiên, cơ thể sống vẫn phải
tuân theo nguyên lý tăng entropy.

CÂU HỎI ÔN TẬP
1. Tại sao nói hệ thống sống ở trong trạng thái dừng.
2. So sánh sự giống và khác nhau giữa trạng thái cân bằng dừng và
trạng thái cân bằng nhiệt động.
3. Mô tả 3 phương thức chuyển cơ bản của trạng thái dừng của hệ
thống sống.
4. Áp dụng định luật II nhiệt động học vào hệ thống sống qua sự biến
đổi entropy của hệ.

TÓM TẮT CHƯƠNG

Xin chân thành cảm ơn!

Chuong 1. Nhiet dong hoc he sinh vat.pptx

Recommended

Recommended

More Related Content

Similar to Chuong 1. Nhiet dong hoc he sinh vat.pptx

Similar to Chuong 1. Nhiet dong hoc he sinh vat.pptx (13)

More from 27NguynTnQuc11A1

More from 27NguynTnQuc11A1 (8)

Chuong 1. Nhiet dong hoc he sinh vat.pptx

Editor's Notes