0
Ta cd thay doi entropi cua ca he:
jo #Qi $Qi SQ 0 (2.13)
i, i 2 * 2
Nhti vay d qua trinh truyen nhiet trong noi bo mot he co lap entropi cua he tang hay mtic do hon loan cua he tang len.
2.4.1.3. Nang li/png tu do
Tti (2.11) ta cd: SQ = TdS
Ket hdp vdi (2.7), nhan dtidc:
SA = TdS - dU
5A = - [dU - TdS ]
SA = -[d U -d (T S )]
SA = -d[ U - TS ]
Dat: U - TS = F va goi la nang ltidng tti do cua he, ta cd: SA = - dF U = F+TS (2 14)
40
Nang ltidng tti dd khong phai la mot dang dac biet cua nang ltidng, day chi la quy tide goi ten phan noi nang cua he dtidc dung de thtic hien cong nao day, noi khac di no dac trting cho kha nang sinh cong cua he.
Trong bieu thtic (2.14) phan TS goi la nang ltidng lien ket khong cd kha nang bien thanh cong.
2.4.1.4. Trang thai can b&ng
— Trang thai can bang nhiet dong cua he la trang thai ma cac thong so dac trting cho he cd gia tri xac dinh va khong doi khi khong cd nhting nguyen nhan ben ngoai lam thay doi chting.
Khi he nhiet dong d trang thai can bang di nhien la khong xay ra hien ttidng truyen nhiet, phan ting hoa hoc...
- Trang thai can bang cua mot he co lap:
Xet bieu thtic: U = F + TS
Ta thay: vi S cua he co lap chi giti nguyen hoac tang nen phan nang ltidng lien ket TS cung giti nguyen hoac tang, no la phan noi nang khong cd kha nang bien thanh cong. Khi he tien tdi trang thai can b&ng, S dat ctic dai nghia la TS dat ctic dai (nang ltidng lien ket dat ctic dai), vi U cd gia tri khong doi (he co lap) nen nang ltidng tti do F dat ctic tieu.
Do dd trang thdi can bang nhiet dong cua he co lap dtfdc dac trting bang entropi dat ctfc dai hay nang liCdng ti( do dat ctic tieu.
2.4.2. Qua trinh khong thuan nghjch
2.4.2.1. Qua trinh thuan nghjch
Mot he gom ntidc va hdi ntidc bad hoa khi cd cung nhiet do T se can b&ng vi doi vdi moi thti cd the tich V xac dinh. Neu nhiet do T thay doi, ta thay the tich V cua moi thti thay doi theo, ta noi he d trang thai khong can bang.
Mot qua trinh bien doi tti trang thai nay sang trang thai khac dtidc goi la thuan nghich khi no cd the tien hanh theo chieu ngtidc lai va trong qua trinh ngtidc dd, he trai qua cac trang thai trung gian nhti trong qua trinh thuan.
Qua trinh thuan nghich chi cd the la tap hdp cac trang thai can bang nen no la mot qua trinh can bang.
Do qua trinh ngtidc trai qua cac trang thai trung gian nhti qua trinh thuan nen he nhan cong trong qua trinh thuan bao nhieu thi cung cung cap cho moi trtidng ngoai bay nhieu trong qua trinh ngtidc. Noi khac di, vdi qua trinh thuan nghich thi sau bien doi nghich de ve trang thai ban dau, moi trtidng xung quanh khong bi bien doi.
Thi du: dao dong khong ma sat cua con lac toan hoc: con lac chuyen dong tti trai qua phai roi tti phai qua trai, khong ma sat nen moi trtidng khong nong len, dong thdi cong thtic hien do trong ltic cung bang khong; do vay moi trtidng xung quanh khong bi bien doi.
41
2.4.2.2. Qua trinh khong thuan nghich
— Trong thtic te ddi song hang ngay ta thay hang loat cac qua trinh ma ta chi quan sat thay no tien trien theo mot chieu, khong quan sat thay qua trinh xay ra ngtidc lai: ngtidi ldn len roi chet, qua trting rOi bi vd nat, ntidc hoa khuech tan ra moi trtidng xung quanh, tii con ldn song co the san xuat ra lap stidn, tti mu cao su lay tu1 cay cao su song co the lam thanh lop xe... do la cac qua trinh khong thuan nghich.
> Qua trinh khong thuan nghich la qua trinh khi ta tien hanh theo chieu ngtidc lai, he khong trai qua cac trang thai trung gian nhu trong qua trinh thuan.
Cac trang thai ma he trai qua trong qua trinh khong thuan nghich la cac trang thai khong can bang, do do khi trang thai da bien doi thi no khong trd ve trang thai cu.
Trong qua trinh khong thuan nghich, cong va nhiet liidng ma he nhan vao khong bang cong va nhiet liidng do he cung cap cho ben ngoai, do do doi vdi qua trinh khong thuan nghich, sau khi tien hanh theo chieu thuan va theo chieu ngUdc de trd ve trang thai ban dau thi moi trtidng xung quanh bi bien doi.
- Thi du ve cac qua trinh khong thuan nghich.
Thi du 1: Gia sti co mot he nhiet dong la mot binh co lap vdi moi trtidng xung quanh, gom hai phan A va B chtia cung mot loai khi vdi mat do nA>nB . Nhiet do cua binh d moi diem nhti nhau. Ta bo vach ngan, cac phan tti d hai phan khuech tan lan sang nhau cho tdi khi mat do dong deu theo toan bo the tich binh.
Trang thai cua he ton tai ngay sau khi bo vach ngan la trang thai khong can bang nhiet dong, la trang thai khong the duy tri mai mai theo thdi gian. Trong qua trinh tti chuyen ve trang thai mdi (phan phoi deu cac phan tti theo toan bo the tich), mot khoi ltidng khi di tti phan A sang phan B. He da thtic hien mot cong nao do. Co the chting minh rang cong A thtic hien dtidc tinh theo cong thtic:
n
A = RT\n— (2. 15)
nB
Trong do R la hang so khi li ttidng; T la nhiet do tuyet doi cua he.
Ta thay khi nA* nB thi A * 0 (he co kha nang sinh cong), con khi nA = nB thi A=0 (he mat kha nang sinh cong). Trang thai on dinh dtidc thiet lap sau khi he san bang mat do la trang thai can bang nhiet dong.
Tti thi du nay ta nhan thay: de tti nhien, he tien trien theo mot chieu xac dinh lam gradien mat do suy giam. tdi trang thai it kha nang sinh cong. Sti tien trien cua he theo chieu ngtidc lai rat kho xay ra.
Thi du 2. Cho hai vat co nhiet do T khac nhau tiep xuc nhau va co lap vdi moi trtidng ngoai. Ta thay nhiet do d vat co nhiet do cao se ha xuong , con nhiet do d \at co nhiet do thap tang len. Ta khong quan sat thay dieu ngtidc lai. Qua trinh truyen nhiet nhti vay la qua trinh mot chieu, xay ra theo xu htidng truyen nang ltidng tti ndi co nhiet do cao tdi ndi co nhiet do thap.
AO
Thi du 3: Gia sti ta co hai binh dting nude dtidc day b&ng n&p giong het nhau. Binh A chtia liidng nude rat ldn nhting d nhiet do TA gan bang nhiet do moi trUdng xung quanh. Binh B chtia liidng niidc nho nhting d nhiet do TB cao hdn moi trUdng xung quanh. Ro rang r&ng (so vdi moi trtidng xung quanh), nhiet liidng dii trti trong binh A rat ldn con nhiet liidng du trti trong binh B rat nho nhUng hdi nude trong binh A khong co kha nang day bat nap (khong co kha nang sinh cong), con hdi nude trong binh B lai co kha nang day bat nap (co kha nang sinh cong).
Thi du nay cho ta thay:
+ Su chenh lech nhiet do gitia he va moi trtidng xung quanh cang ldn thi kha nang sti dung htiu hieu nhiet nang chtia trong no cang cao.
+ Khong phai bat ky phan nhiet nang nao du trti trong he vat cung co the de dang bien doi thanh cong cd hoc, dong thdi ta thay khong the bien doi hoan toan nhiet ra thanh cong.
Do do viec danh gia mot he nhiet dong khong chi dtia vao phan nang liidng du trti ma con phai dUa vao kha nang sinh cong ctia no.
Cac dang nang liidng khac co the hoan toan bien doi thanh nhiet nang, trong khi nhiet nang khong the bien doi hoan toan thanh dang nang liidng khac. Tinh chat nay cung la mot the hien cua cac qua trinh tu bien doi trong tu nhien chi dien bien theo mot chieu.
NgUdi ta goi tat ca cac qua trinh bien doi trong tti nhien chi dien bien theo mot chieu la cac qua trinh khong thuan nghich.
Loai trti cac qua trinh ly tUdng thuan nghich, tat ca cac qua trinh xay ra trong tu nhien (nhiet truyen tti nong sang lanh, ma sat bien doi cong thanh nhiet, cac phan tti khuech tan tti ndi co ap suat cao (hay mat do cao) sang ndi co ap suat thap (hay mat do thap) nhieu hdn chieu ngUdc...) la cac qua trinh khong thuan nghich.
- Tti cac vi du tren ta rut ra nhan xet:
+ Cac qua trinh tu nhien khong thuan nghich dien bien luon lien quan den sU suy giam gradien (gradien nong do trong khuech tan khi, gradien nhiet do trong truyen nhiet...).
+ Tinh trat tu cua he giti nguyen hoac giam dan theo dien bien cua qua trinh khong thuan nghich trong he co lap.
That vay, d thi du khuech tan khi, trat tu ban dau la sU sap xep mat do ndi thap, ndi cao ro rang phan biet, ltic cuoi trat tu nay mat di de thay bang sU san bang. C) nhan xet “cong de dang bien doi thanh nhiet” ta thay cong (chuyen dong co hudng, cd trat tu) dUdc thay bang nhiet (chuyen dong nhiet la chuyen dong hon loan, vo trat tu cua cac phan tti).
- Trong cac thi du tren, muon cho he trd ve trang thai ban dau (nA> n B; T t> T2) ta phai ton cong tti ngoai tac dung vao, ttic la moi trUdng phai co thay doi. Bdm chan khong. may lam lanh la cac qua trinh ngUdc cua cac qua trinh tren.
43
2.4.3. Nguyen ly thu"hai nhiet dong li/c hoc
2.4.3.1. Phat bieu nguyen ly
Ta khong the giai thich dUdc vi sao cac qua trinh trong tu nhien lai co nhiing qua trinh chi xay ra theo mot chieu hudng xac dinh, ta buoc phai thtia nhan do la mot quy luat rut ra tii quan sat thuc nghiem mot so ldn hien tiidng. Do do quy luat nay co tinh chat thong ke, dung vdi so dong va cung cd nghia la khong loai trii kha nang xay ra hien tUdng vdi chieu hiidng ngUdc lai. Quy luat dUdc phat bieu bang nguyen ly thii hai nhiet dong luc hoc theo nhieu cach khac nhau ma tUdng diidng nhau.
- Tinh trat tu cua mot he co lap chi co the giii nguyen hoac giam dan.
- Khong the ton tai trong tii nhien mot chu trinh ma ket qua duy nhat la bien nhiet thanh cong va khong de lai dau vet gi d moi trUdng xung quanh.
- Khong the thuc hien dUdc dong cO vinh ctiu loai hai ttic la dong cd chuyen dong tuan hoan, cho ta cong bang cach nhan nhiet liidng va lam lanh tii cung mot nguon.
6 phan dinh nghia entropi, ta da liiu y den hien tiidng: Neu de cho he tu dien bien, no se tien tdi trang thai co entropi ldn, noi khac di, d cac qua trinh bien doi nang liidng trong he co lap de tu dien bien (qua trinh khong thuan nghich), entropi luon luon khong giam:
AS>0
C) trang thai can bang nhiet dong cua he co lap, ttic la d trang thai khong thay doi theo thdi gian, entropi khong con tang hdn dUdc ntia, ndi khac di la no dat cUc dai:
" = 0
dt
■S= Smax
- Nhu vay dUa vao khai niem entropi, nguyen ly thti hai cua nhiet dong ltic hoc cd the dUdc phat bieu mot cach khac nhu sau:
Trong cac he cd lap, chi nhiing qua trinh nao keo theo viec tang entropi m&i co the tii dien bien; gidi han tii dien bien cua chung la trang thdi co gia tri ciic dai cua entropi".
2.4.3.2. Y nghia va gidi han ap dung cua nguyen ly thu1 hai
Can chu y rfing noi chung trang thai cd xac suat cao hay xay ra hdn trang thai cd xac suat thap, dieu dd cung cd nghia la cung cd luc ta quan "sat dUdc trang thai cd xac suat thap. Noi khac di. cac qua trinh tu nhien xay ra trong he co lap dien bien theo chieu tang entropi va ca biet cd the cd trUdng hdp he chuyen tti trang thai cd entropi cao sang trang thai cd entropi thap. Dd la tinh chat thong ke cua nguyen ly thti hai nhiet dong luc hoc.
44
Cung nhu cac dinh luat thuc nghiem khac, cd sd cua nguyen ly thCf hai nhiet dong luc hoc la nhiing quan sat the gidi xung quanh con ngtidi. Linh vtic con ngtidi quan sat thay trUc tiep la mot tap hdp rat ldn cac phan tti, da kha la to ldn nhUng chi la mot phan vo cung nho cua vu tru. Vi the' nguyen ly thti hai nay khong the dem ap dung cho toan the vu tru (khi xem vu tru nhu he co lap), cung nhu cho the gidi cac hat cd ban vi tai do vat chat chuyen dong trong khong gian, thdi gian cd nhiing tinh chat, quy luat mdi.
2.4.3.3. Nang lupng tu do va trang thai can bang nhiet dong
- Xet bieu thtic noi nang U= F + TS, ta thay:
Doi vdi he co lap, S chi giuf nguyen hoac tang len do dd nang ltidng lien ket TS cung giut nguyen hoac tang (TS la phan noi nang khong cd kha nang bien thanh cong). Khi he thong tien den can bang, S dat cUc dai nghia la TS dat cUc dai (nang liidng lien ket dat cUc dai). Vi U cd gia tri khong doi (he co lap) nen nang liidng tu do dat ctic tieu.
Do dd trang thai can bang nhiet dong dUdc dac trUng bang entropi dat cUc dai hay nang liidng tu do dat ctic tieu.
- Trang thdi can bang cua he hod hoc
Neu ta quan sat mot qua trinh dat can bang hoa hoc nao day thi su! thay doi nang liidng tii do khi cac chat tham gia phan iing tao thanh cac san pham cua phan iing phu thuoc vao hang so can bang nhti sau:
F = - R T InK (2.16)
Trong do T la nhiet do tuyet doi, R la hang so khi, K la hang so can bang.
Tuy theo miic do thay doi cua nang liidng tii do, co the danh gia do ldn ciic dai cua cong hiiu ich nhan diidc khi thiic hien qua trinh cho triidc. Ta cung suy ra rang nang liidng tii do cua he tang len khi ta nap cong cho he. Chang han, mot khoi khi khi bi nen la dd nap cong, ro rang khi khoi khi ddn nd, no co kha nang sinh cong.
Ngiidi ta dinh nghia entanpi H bang bieu thiic:
H = U + p V (2.17)
U la noi nang khoi khi, p la dp suat,V la the tich. Ta co:
AH = AU + pAV + VAp
Vdi cac qua trinh dang dp thi:
AH = AU + pAV = AQ
Entanpi goi la ham chiia nhiet, nhd no ta de dang tinh diidc nang liidng trong cac qua trinh hoa hoc.
Trong cd the song, nang liidng hoa hoc diidc sii dung khong hoan toan, dieu do cho thay cd che cua cac qua trinh sinh vat khong diidc hoan thien. Trong nhiing triibng hdp khac nhau, hieu qua cua cac cd che nay khong nhii nhau. B e dac triing cho hieu qua nay ngiidi ta dung ty so gitia cong san sinh trong qua trinh va phan
45
nang liidng chi phi de sinh cong do. Vi cac cd the song chi sii dung nang liidng til do cua cac phan iing de sinh cong nen hieu qua cua cac cd che cho triidc co thi danh gia bang hieu suat rj:
rj=— (2.18)
AF
Trong do AA la cong san sinh, AF la phan nang liidng tii do giam di de sinh cong nay. Diia cac chat vao trong cd the va oxy hoa chung la dd tao nen nhiet do cd the va cac lien ket giau nang liidng, tiic la dit trti nang liidng tii do. Nang liidng tu do nay co the bien chuyen thanh nang liidng tap trung trong cac gradien khac nhau, ttic la chung dd lam giau nang liidng cho cd the. Nhii vay nang liidng ti( do cua he diidc quyet dinh bang do ldn gradien. Tii nguyen ly thu! hai nhiet dong Itfc hoc ta suy ra rang nhiing qua trinh tii nhien trong he co lap tien trien theo phiicfng hii&ng lam suy giam gradien, tiic la lam giam nang liidng tii do hay lam tang entropi.
2.4.3.4. Nang li/png trong cac phan ting hoa sinh
- Trong qua trinh chuyen hoa cd ban co xay ra cac phan ting hoa sinh. O nhting giai doan dac biet cua qua trinh, cac phan ting nay co the coi la thuan nghich va doi vdi chung, co the tinh cac thong so nhiet dong nhu! nang liidng tii do, ham chtia nhiet (entanpi) va entropi. Biet ro cac dai liidng nay ta co the du doan triidc phiidng hiidng cua phan ting nay hay khac tren cd sd nguyen ly thti hai nhiet dong I lie hoc.
Neu nhti phan ting la thuan nghich thi nang liidng tii do bang cong ciic dai, neu phan ting khong thuan nghich thi mot phan nang liidng phan tan d dang nhiet va cong thiic hien se tiidng iing nho hdn. Thong thiidng cac phan ting hoa sinh xay ra trong nhting dieu kien khong doi ve dp suat va nhiet do, bdi vay phiidng trinh:
AF= AU - TAS
co the viet tiidng tii:
AZ = AH - TAS (2. 19)
trong do AZ la sii thay doi nang liidng tii do khi dp suat vd nhiet do khong doi, ta goi no la the nhiet dong, AH la bien thien entanpi. Liidng A7, khac vdi AF la phan thay doi nang liidng tii do cia he khi the tich vd nhiet do khong doi.
Do ldn cua the nhiet dong lien he vdi hdng so can bang cua phan ting hoa sinh thuan nghich bang he thtic:
AZ = AZ„ + RT.lnK (2.20)
K la hdng so can bang cia phan ting.
Dai liidng JZ bang nang liidng tii do chuan cua phan ting (AZ,) neu moi chat ban dau vd cac san pham cua phan ting chiia trong dung dich d 25"C vd vdi do linh dong cua cdc phan tii trong dung dich bdng ddn vi. Co the xdc dinh AZ bang nhiing phiidng phap khac nhau, thong thudng hdn cd Id theo cong thtic (2.20).
•46
Sti thay doi ltidng chtia nhiet AH co the xac dinh bang cach do hieu ting nhiet cua phan ting khi dot chay vat chat trong binh do nhiet ltidng. Trong trtidng hdp nay:
AH = - A Q
M ot cach khac la xac dinh sti phu thuoc cua phan ting vao nhiet do. Khi ay theo phiidng trinh dang dp cua phan ting:
d\nK _ - Q
dT ~ RT2
Co the xac dinh AH = - AQ. Khi dat cac dti kien ve dai ltidng AZt„ AH, de dang xac dinh AS theo phtidng trinh (2.19) trong do nhting bien thien cua cac dai ltidng ttidng ting co the thay bang nhting gia tri, sau cung cua cac dai ltidng nay. Thong thtidng nhting gia tri chuan cua nhting dai ltidng nay dtidc ddn ra trong cac so tay hoa sinh.
- Sti thay doi nang ltidng tti do khi tao nen lien ket hoa sinh nao day lien quan chat che vdi sti thay doi nang liidng cua lien ket hoa hoc gitia cac nguyen tti cua cac phan tti tham gia phan ting. Bang cach phan tich cong thtic phan tti vd cac dti kien ve nhiet ltidng cua cac phan ting co the xac dinh nang liidng lien ket. Ngtidi ta tim thay rang nang ltidng dinh khu trong cac lien ket hoa tri, dong thdi moi dang lien ket co nang ltidng goi la nang ltidng lien ket trung binh. De tinh toan nang ltidng lien ket trung binh ngtidi ta sti dung nhting dti kien ve nhiet ltidng dot vd ve nhiet ltidng phan ly phan tti thanh nguyen tti. Nhiet ltidng phan ly thong thtidng dtidc xac dinh bang phep quang pho khi nghien ctiu cac mtic do dao dong cua phan tti vd nguyen tti.
Bang 2.2 cho biet nang liidng cua cac dang lien ket khac nhau. Tif cac so lieu cua bang nay ta thay lien ket hydro la yeu nhat.
Bang 2.2: Nang liidng lien ket trung binh cua cac dang lien ket khac nhau (f)dn vj tinh: kcal)Dang lien ketNang li/dng trung binh
Dang lien ketNang lUdng trung binh
(Ddn vj tinh: kcal)
C - C 58,6 S - H 87,5 N - N 20,0 C - N 48,6 0 - 0 34,9 C - O 70,0 P - 0 50,0 C - S 57,5 S - S 63,8 C = C 100,0
C - H 87,3 C = C 123,0 N - H 82,0 C = O 142,0 O - H 110,2 H - H 4 - 8
Trong sinh hoc. rat pho bien cac tif: "lien ket giau nang liidng" hay "lien ket nang lifdng ldn". Adenosin triphosphat (ATP) la chat quan trong nhat trong cac cha't cd lien ket giau nang liidng.
Ta hieu nang liidng cua lien ket giau nang liidng la nang liidng tii do giai phong ra trong qua trinh phan iing hoa sinh cd sii tham gia cua lien ket giau nang liidng.
Can lUu y rang d day khong phai ndi ve viec xac dinh nhiet hoa cua nang liidng lien ket ma noi ve nang liidng tii do cua phan iing thuy phan phan tii ATP:
ATP + H20 = ADP + H3P 0 4
Khi nhom phosphat chuyen vao nude thi lam tach ra 7,0 -r-8,5 kcal/mol nang liidng tii do. Do dd doi vdi phan tti ATP (hay lien ket tiidng tii khac). van de khong phai la lam dtit lien ket P nam phia cuoi trong ATP, chang han nhii A - P - P - P chuyen thanh A - P - P va P. De lam dtit lien ket nay can phai chi nang liidng ldn vao khoang 50 -^100 kcal/mol (xem bang 2.2). Vdi y nghia nay thi ATP khong cd dti trti nang liidng tUdng tii nhu nang liidng toa ra tti cac chat no, ngiidc lai ATP la lien ket kha ben. Qua trinh thiic ra la: viec chuyen nhom phosphat vao niidc cd lam tach ra nang liidng tii do ldn. Gluco - 6 - phosphat cd nang liidng lien ket phosphat cd 50 -r 100 kcal/mol, nhUng khi chuyen nhom phosphat vao niidc no chi giai phong gan 3 kcal/mol nang liidng tii do, nhu vay Gluco - 6 - phosphat khong phai la lien ket giau nang liidng.
Mot cach nhiet dong hoc, cd the coi phan tti ATP trong te bao nhii phan tti giau nang liidng van nang, hay dang mang nang liidng da diidc "nap”, con ADP la phan tti ngheo nang liidng hay dang da "phong" nang liidng.
Nguyen ly thti nhat nhiet dong liic hoc ndi ve sii bien doi tiidng ho gitia noi nang U, cong A, nhiet liidng Q, cho phep xac dinh he thtic bieu dien sii lien quan ve ltidng gitia chung khi chung tham gia vao mot qua trinh cho triidc, nhiing khong neu len kha nang xay ra va chieu hiidng phat trien cua qua trinh dd. Mat khac qua thtic nghiem ta thay cong cd the bien hoan toan thanh nhiet, nhiing qua trinh ngUdc lai la nhiet liidng bien doi thanh ra cong thi khong bao gid xay ra hoan toan. Dieu dd chi cd the giai thich bang nguyen ly thti hai nhiet dong liic hoc. Nguyen ly thti hai doc lap vdi nguyen ly thti nhat, no xac dinh chieu hudng dien bien cua mot qua trinh vi md va cho phep danh gia kha nang sinh cong cua cac he nhiet dong khac nhau.
2.5. Ap dung nguyen ly thur hai nhiet dong lire hoc cho he thong song 2.5.1. Trang thai dung cua he thong song
- Md hinh vd dinh nghia trang thdi ditng
Xet mot he kin (hinh 2.8) gom hai binh I
va II chtia chat long, noi vdi nhau qua khoa K.
Md khoa K chat long se chay tti binh cd mtic
chat long cao hdn sang binh cd mtic chat long
thap hdn. Sau mot thdi gian. do khong cd chat
long chay vao va thao ra khoi he, mtic chat long
d hai binh se bang nhau: sti can bang diidc thiet
lap. He thong nay cho ta hinh anh cua sti can
bang nhiet dong: mtic chat long khong thay doi
nua va dong chat long khong con cd kha nang
sinh cong.Hinh 2.8. M d h inh he cd lap 48
Bay gid ta xet mot he md b&ng sd
Ki
do (hinh 2.9) khoa K, dieu chinh dong chat long chay vao he, khoa K2 dieu chinh chat long chay tu! binh I sang binh II, khoa K3 dieu chinh dong chat long chay ra khoi he. Mtic chat long d moi binh se dong thdi diidc dieu khien bdi khoa K1; K2, K3. Sau mot thdi gian ca ba khoa d mtic do nao day, mtic chat long d binh I va binh II se khdng thay doi trong khi van cd dong chat long
chay vao va dong chat long chay ra. Chi _
can thay doi trang thai cua mot trong \ I K,
ba khoa, mtic chat long d binh I va binh II se thay doi, dong thdi se thay doi ca toe do chay tti I sang II va chay ra. Trang thai on dinh se diidc tai thiet lap: mtic chat long d binh I va II se giti co
K, II
Hinh 2.9. Md hinh trang thai di/ng
dinh, toe do chay vao ra khong thay doi ntia. Trang thai can bang nay cho ta hinh anh ve trang thai dting.
Dinh nghia: “Trang thdi dting la trang thdi xay ra d he md, trong do cac thong so trang thdi khong thay doi theo thdi gian md van co dong vat chat vd nang liidng vao ra he”.
- So sanh trang thdi dting vdi trang thdi can bang nhiet dong
Ta hay so sanh trang thai dting xay ra d he md vdi trang thai can b in g hoa hoc xay ra d he kin.
Trang thai can bang hoa hoc Trang thai dimg
1He kin, khong co dong vat chat ra vao he. He md, co dong vat chat khong doi vao he va thai ra cac san pham cua phan ung.
Toe do phan ung thuan b ln g toe do phan Crng nghich:
v, = v2
v,
2
A + B < --------^ C + D
V2
Toe do phu thuoc vao nong do ban dau 3
cua cac chat tham gia phan ung
Toe do phan ung thuan luon luon ldn hdn toe do phan ung nghich do vat chat dude dua vao va ra: v, >v2
v,
A + B < --------^ C + D
v2
Toe do phan irng hoa hoc khong phu thuoc vao nong do ban dau, nhurig dang ke la cac nong do dC/ng lien tuc difdc giur nguyen do dong vat chat mdi di vao.
4Nang ludng tu do trong he bang khong. F = 0
5Chat xue tac khong lam thay doi ty le chat phan ung
NSng ludng ti/d o trong he khac khong va bao toan gia tri. F = const * 0
Chat xue tac lam thay doi nong do dutig, anh hudng tdi toe do cua qua trinh.
49
Nhii ta da nhan thay, neu trong he, moi thong so" thay doi theo thdi gian khong co mot dong diing nao ca do tac dung cua cac dong ben ngoai n&o day thi trang thai cua he dUdc goi la can bang nhiet dong. Nhiing n6t giong nhau va khac nhau cd ban cua can bang diing va can bang nhiet dong nam trong ba thong so: entropi, nang liidng tu do va thdi gian. Nhii ta da xac dinh: can bang nhiet dong khong phu thuoc vao thdi gian, entropi cua no dat ciic dai, con n&ng liidng tii do bang khong, tiic la he bi giam pham ch&'t va khong the d trang thai sinh cong diidc.
Sii giong nhau cua trang thai can bang nhiet dong vdi trang thai diing d cho khong phu thuoc vao thdi gian, tiic la tiidng tii trang thai can bang nhiet dong, he diing se giii nhiing thong sd cd ban khong doi theo thdi gian. Entropi cua trang thai diing co do ldn khong doi nao do, khong bang gia tri ciic dai. Nang liidng tii do cua he diing khac khong, va dUdc dac triing bang do ldn khong doi nao do. Dieu nay co nghia la trang thai diing khong nam d trang thai k6m pham chat, con ngUdc lai, khi no di ra khoi trang thai can bang diing, no co kha nang sinh cong triidc khi dat trang thai can bang nhiet dong.
Trang thai diing khac cd ban vdi trang thai can bang nhiet dong d cho he trong trang thai diing van luon trao doi vat chat va nang liidng vdi moi triidng ben ngoai
- Si£ chuyen trang thdi dting
6 hinh 2.9, khoa 1 va 3 cho ta mo hinh cac hang so" van chuyen gidi han toe do vat chat vao va ra khoi he; khoa 2 cho mo hinh toe do phan iing hoa hoc, no gdi cho ta hinh anh chat xue tac lam anh hudng tdi toe do phan iing hoa hoc trong he md. Khi thay doi nong do chat xue tac (khi van khoa K2), nhiing miic mdi cua chat long diidc thiet lap, tao nen trang thai diing mdi: sii chuyen trang thai diing.
Miic cua trang thai diing de dang bi dao dong ldn, phu thuoc vao nhiing dieu kien ben ngoai va ben trong. He md bat ky (trong do ke ca cd the ngiidi) co the chuyen sang cac miic khac nhau cua trang thai diing (trang thai nghi ngdi, cong tac, qua trinh ldn len...). Neu con ngUdi thay doi dieu kien lao dong, ndi cf thi trong moi trUdng hdp deu co sii dieu
chinh lai trang thai diing tii miic nay
sang miic khac. Co the quan sat thay sii
dieu chinh trong thi du thay doi toe do
cac qua trinh oxy hoa.
Khi chuyen tii trang thai diing
nay sang trang thai diing khac, miic
mdi trong he khong dUdc thiet lap ngay
tiic khac. Thong thiidng ban dau quan
sat thay su tang hoac giam miic d trang
thai diing cua he so vdi doi hoi tudng
iing vdi nhiing dieu kien thay doi bdi
moi trUdng ngoai va trong. Thi du sii
dao dong dong liic cua miic ap sua't mau
o' dong mach luc bat dau va sau khi
hoat dong chan tay. trang thai di/ng 50
Biidc chuyen tti mot trang thai dting nay sang trang thai dting khac xay ra kha khac nhau. Co the chia ra ba dang chuyen cd ban minh hoa tren hinh (2.10).
Dang I : Bitdc chuyen vdi lech thtia.
Bade chuyen nay thiidng quan sat th&'y d nhting ngiidi tre tuoi. Qua trinh hiing phan d day thiidng co dang “dinh song” . Dinh song nay co the diidc tao thanh do sii vtidt khoi mtic tti dieu chinh cua mot phan ting nao do. He tti dieu chinh len mtic cao hdn va toe do cac qua trinh tang cao mot chut.
Dang II: Bitdc chuyen theo dang gan ham mu
Day la biidc chuyen tiet kiem nh&'t. He co xu hudng hoat dong vdi nang liidng tieu thu ft nhat. Quan sat thay dang chuyen nav d nhting ngUdi dting tuoi. Cd the ngiidi dting tuoi khong the tao nhting biidc nhay vot nhii ngUdi tre tuoi.
Dang III: Bitdc chuyen vdi “mtic xuat phat gia tao”
Btidc chuyen nay khac biet d cho cung vdi sii tang toe do phan ting trong tiidng lai, co quan sat thay ca sii giam toe do phan ting roi sau do mdi tang. O biidc chuyen nay nang ltidng dtidc sti dung htiu hieu nhat.
Trong cac he phtic tap ngiidi ta thay cd nhting biidc chuyen ting vdi nhting diidng cong phtic tap, chung cd nhieu diem ciic tri.
Becton quan sat thay trong thi du co bop cua tim ech co lap cung cd ba dang. Neu nhii trong moi triidng 'thich dang, tim ech co bop vdi toe do hau nhu khong doi thi vdi nhting thay doi khac nhau ve thanh phan hoa hoc va nhiet do cua moi triidng, sii thay doi nhip co bop tim chuyen sang trang thai dting mdi theo nhting diidng khac nhau cd dang I, II hay III.
C) cd the song, cac diidng cong dang I la nhting diidng cong dien hinh cua nhting phan ting cua cd the hay te bao khi cd hung phan, con nhting dudng cong dang III ting vdi khi cd thiidng ton. NgUdi ta da chting minh dUdc r&ng nhting budc chuyen gitia cac dang khac nhau cua cac dudng cong phu thuoc vao ciidng do tac dung ctia tac nhan kich thich va can phai dUdc xem xet ve thiic chat vdi quan diem chung. Sii dong nhat ve dang cua cac diidng cong the hien budc chuyen doi doi vdi nhting sinh vat cao cap, vi sinh vat va thiic vat la mot chting minh cho sii kien la toan the chting thuoc vao loai he md.
Sti tien hoa cua trang thai dting xay ra theo phUdng hudng tien tdi nhting qua trinh xay ra vdi toe do cao hdn nhUng bao toan sii on dinh cua he. Chinh nhting toe do cao hdn cua cac qua trinh da giup ta phan biet cac sinh vat bac cao vdi sinh vat bac thap.
Tod do phan ting hoa hoc trong he cang ldn thi he cang kem on dinh. di nhien he d trang thai dting. Bdi vay trong qua trinh tien hoa, sii nang cao toe do phan ting dat dUdc la nhd cac men tac dung d nhiet do thap. con sii on dinh cua he thong dUdc dam bao bdi sii duy tri can bang noi moi nhd cd cac lien he ngiidc. Sii khong doi cua moi trudng ben trong la yeu to" hang dau anh hiidng den toe do cac phan ting hoa hoc. O sinh vat mau nong cd mot he dieu chinh nhiet do tii dong luon luon hoat dong vi khoang nhiet do hoat dong ctia cac men trong cd the kha hep.
51
Cac nha bac hoc da thti giai thich sii phat trien cua cac mo u ac tinh bang quan diem xuat hien trang thai dting mdi khac, v6i mtic thap kha nhieu. nhiing lai on dinh hdn. Trang thai dting mdi dat dtidc bang ti le cac chat xue tac va cac chat tic che. Cac te bao ung thii tich luy nhting chat oxy hoa, nhting chat nay giup te bao ung thu chuyen sang trang thai co toe do cac qua trinh oxy hoa thap. Chinh vi vay, nhting te bao nay tang them diidc do ben vting va co toe do sinh san ldn so vdi te bao binh thtidng cua cd the.
2.5.2. Ap dung nguyen ly thCrhai nhiet dong lu t hoc cho he thong song
- Khi ap dung nguyen ly thti hai nhiet dong liic hoc vao he thong song, thoat tien ta thay co ve co nhting mau thuan. Theo nguyen ly thti hai nhiet dong liic hoc thi tinh trat tii cua he co lap can phai giam tiidng ting vdi sii tang cua entropi. Trong khi do cd the lai tao ra lien tuc nhting to chtic co trat tii cao trong qua trinh phat trien, tinh trat tii cua to chtic cd the ngay mot hoan thien. Tti nhting phan tti nho trat tii thap ma cd the nhan dtidc trong qua trinh an uong va ho hap, nhting dai phan tti phtic tap co trat tii cao nhii polyme sinh hoc diidc tao ra va xay diing nen nhting cau true hoan thien. Cd the ldn len va phat trien tuy thiic hien mot qua trinh khong thuan nghich nhUng tinh trat tii khong nhting dtidc bao toan ma con tang len, entropi nhu vay phai giam di tUdng doi.
Phai chang nguyen ly thti hai nhiet dong hoc khong the ap dung cho he thong song? Thiic ra dieu nay khong phai nhu vay. Nhu ta biet, cd the song la mot he md, ttic la co trao doi vat chat va nang liidng v6i moi trtidng ngoai, chung khac vdi he co lap. Trong he co lap, qua trinh phan ting hoa hoc, bien doi trang thai... bi gidi han bdi so liidng vat chat tham gia phan ting. Trang thai can bang dtidc thiet lap sau khi phan ting hay qua trinh bien doi ket thuc va he se khong thay doi theo thdi gian.
Trong khi do d he thong song, do vat chat va nang ltidng ra vao khong ngting nen qua trinh bien doi nang liidng luCn xay ra. Chinh do sii di§n bien ctia cac qua trinh nay nen buoc he thong song (he md) khong the nam d trang thai can bang nhiet dong. Noi mot cach khac, sii ton tai trang thai khong can bang la dieu kien song ctia cd the. Tuy nhien doi vdi cd the khong phai diidc dac trUng bang trang thai khong can bang ba't ky ma chi bang trang thai tai do cac tinh cha't cua he khong thay doi, cac thong so hoa ly nhii gradien, cac dac trting dong hoc... dtidc bao toan (khong thay doi theo thdi gian). Thi du, d te bao song thi do pH va gradien nong do ion luon luon giti trong khoang khong doi. Do la trang thai dting cua he thong song.
— Hoat dong sinh cong cua cd the song co diem khac v6i qua trinh sinh cong ctia may nhiet thong thtidng. 6 he thong song, du la cd the toan ven hay d cac cd quan rieng biet, cong sinh ra khong phai do dong nhiet ltidng tti ben ngoai di vao cd the. Ta lay thi du ddn gian sau de minh hoa. Ta biet rang hieu suat cua mot may nhiet dtidc xac dinh theo bieu thtic:
T - T
n = (2 .21)
l
52
trong do T, la nhiet do tuyet doi cua nguon nhiet, T2 la nhiet do tuyet doi cua nguon lam lanh. Gia sti hoat dong cua cd co sinh cong, cd hoat dong nhu mot may nhiet vdi hieu suat 33%, nhiet do ndi lam lanh (khong khi) la 25°C hay 298° K. Ap dung cong thtic (2.21) ta co:
1 _ T, - 298
3 " Tx
Vay Tj = 447°K hay 174° C
Do vay, neu cd hoat dong nhu mot may nhiet thong thtidng thi de sinh cong no phai dtidc dun nong den 174° C, dieu do ro rang la khong thtic te bdi vi cac phan tti protein cau tao nen bap cd da bi phan huy ngay tti nhiet do 40° - 60° C
Nhti vay d cd the song, cong dtidc sinh ra la do sti thay doi noi nang cua he thong nhd cac qua trinh sinh hoa hoac nhd sti thay doi yeu to entropi.
2.5.2.1. Bien doi entropi d he thong song
He md trao doi vat chat va nang ltidng vdi moi trtidng xung quanh, bdi vay sti thay doi entropi d he chia ra hai phan. Ta ky hieu dSe la phan thay doi entropi gay ra bdi sti ttidng tac vdi moi trtidng xung quanh (do trao doi bang cac dong vat chat va nang ltidng ra vao he), ky hieu dS, la ph^n thay doi entropi gay bdi nhting thay doi ben trong he. Co the bieu dien sti thay doi chung d he nhti sau:
dS = dSe + dSi (2.22)
Gia sti nhti ta co lap he, khong con phan thay doi dSe ntia (khong co trao doi vat chat va nang ltidng vdi moi trtidng xung quanh), khi ay dS = dSr Theo nguyen ly hai nhiet dong ltic hoc, dS; chi co the nhan gia tri dtidng hoac bang 0. Dai ltidng dSj = 0 khi he thay doi thuan nghich, no luon luon dtidng neu trong he xay ra cac qua trinh khong thuan nghich. Nhti vay dSj = 0 doi vdi nhting qua trinh thuan nghich, dSj >0 doi vcfi qua trinh khong thuan nghich. Doi vdi cd the song, nhting qua trinh bien doi ben trong cd the (qua trinh oxy hoa, phan huy hiem khi cac thtic an dtia vao cd the va sti tong hdp cac qua trinh nang ltidng cao) xay ra khong thuan nghich nen chung gan lien vdi viec tang entropi hay dS,>0.
Dai ltidng dSe co the nhan gia tri bat ky: dtidng, am hoac bang khong. Vdi cd the song, do qua trinh ttidng tac vdi moi trtidng xung quanh (sti dung thtic an cao phan tti, tach ra khoi cd the cac san pham thoai hoa trong qua trinh tieu hoa, truyen nhiet trtic tiep vdi moi trtidng xung quanh...) ma tao thanh mot dong vat chat co nang ltidng tti do cao, di vao cd the (S be) va mot dong vat chat co nang ltidng tti do thap (S ldn) di ra khoi cd the.
Khi dSe = 0 (trtidng hdp rieng la he co lap, noi chung he md van co the xay ra trtidng hdp nay) thi dS = dS„ ttic la phan thay doi entropi cua toan bo he thong dtidc xac dinh bang sti tang entropi ben trong he.
Khi dSe > 0 thi dS chac chan ldn hdn khong.
53
Khi dSe< 0 ta thay co ba trtidng hdp:
- Neu | dSe I < I dS,! thi dS > 0: entropi cua he tang.
- Neu | dSe I > 1 dS, I thi dS < 0: Do ttidng tac vdi moi trtidng xung quanh m^ entropi cua toan he giam xuo'ng, tinh trat tti cua toan he ngay cang tang. Den day ta de dang hieu dtiOc vi sao ma co giai doan phat trien, he tho'ng co tinh trat tti ngay cang cao.
- Neu | dSe | = I dS, I thi dS = 0: sti thay doi entropi cua he bang khong, dieu do ttidng ting vdi trang thai dting.
Sti khac nhau ve nguyen tac cua can bang nhiet dong so vdi can bang dting la d cho xuat hien nhting thong so dong hoc cua can bang dting.
Phtidng trinh (2.22) co the viet:
— = ^ i - + ^JL (2.23)
dt dt dt
Do la cong thtic diin ta toe do bien thien entropi d he tho'ng song.
2.5.2.2. Sif can thiet phai cd moi trudng sach vdi entropi thap
Xet bieu thtic noi nang U = F + TS, ta thay:
- 6 he co lap, vi entropi S chi giti nguyen hoac tang, nen phan nang ltidng lien ket TS cung giti nguyen hoac tang. Noi nang khong doi, phan nang ltidng lien ket khong co kha nang bien thanh cong tang len, phan nang ltidng tti do F co kha nang bien thanh cong giam. Khi Smax thi (TS)max, con Fmin: kha nang sinh cong cua he it nhat. He tho'ng song ma co lap vdi moi trtidng xung quanh, hay noi khac di la neu khong co moi trtidng xung quanh de trao doi vat cha't va nang ltidng. thi he tho'ng se suy giam kha nang sinh cong va tien tdi trang thai can bang nhiet dong. Nhti vay, moi trtidng xung quanh la can thiet do'i vdi he tho'ng song.
- Mat khac, ta xet bieu thtic (2.23) d trang thai dting :
^ = ^ L + ^ L = 0
dt dt dt
hay
dS,_ dSe
dt dt* 0 (2.24)
Bieu thtic nay cho ta thay d trang thai dting toe do tang entropi trong cd the bang toe do trao doi entropi vdi moi trtidng xung quanh: dong vat chat va nang ltidng di vao cd the co entropi thap. con dong vat cha't va nang ltidng di ra moi trtidng co entropi cao thi ket qua mdi gay mot dSe co gia tri am. Noi khac di moi trtidng phai sach mdi co dong vat chat va nang ltidng co entropi thap di vao cd the va cd the thai ra moi trtidng dong vat chat va nang ItiOng co entropi cao. Viec giti cho moi trtidng song sach vdi entropi thap la dieu kien can thiet de cho cd the song d trang thai dung ton tai. phat trien. co kha nang sinh cong.
54
Bai 3
CHUYEN DONG TRONG CO THE
MUC TIEU HOC TAP
1. Giai thich diidc cac hien tiidng lien quan den liic va chuyen dong cua cac phan tii.
2. Phan biet diidc cac hien ttidng van chuyen vat chat trong cd the song va cac cd che van chuyen vat chat qua mang te bao.
3. Giai thich dtidc chuyen dong cua mau va sti trao doi khi cua cd the dtia vao cac qui luat vat ly.
4. Phan tich dtidc qua trinh sinh cong cd hoc do cd.
Qua trinh trao doi va van chuyen vat chat dien ra khong ngting trong cd the cac sinh vat. Chung ta co the quan sat dtidc qua trinh van chuyen do d dang vi mo nhti chuyen dong cua mau trong he tuan hoan, chuyen dong cua khong khi d he ho hap. Thtic chat co cac dang chuyen dong vi mo phtic tap tao nen cac chuyen dong vi mo do. No xay ra theo nhieu cd che va phu thuoc vao nhieu yeu to". Ly sinh hoc gop phan giai thich cac cd che do bang cac quy luat va khai niem cua vat ly hoc.
1. CHUYEN DONG PHAN TIT
Vat the dticfc cau tao tti cac nguyen tti, phan tti. Trang thai ran long khi dtidc quyet dinh bdi mat do phan tti va ltic ttiOng tac gitia cac phan tti vdi nhau. Quan sat hai vat ran de ap sat vao nhau, hai chat long hoac hai chat khi de tiep xue vdi nhau ta thay co hien ttiOng tron lan chung vdi nhau. Dieu nay chting to la cac phan tti luon luon chuyen dong hon loan. Brown la ngtidi dau tien phat hien ra chuyen dong hon loan cua cac phan tti nho be, nen chuyen dong hon loan cua phan tti goi la chuyen dong Brown. Tuy cac phan tti chuyen dong hon loan, nhting gitia chting co nhting ltic ttidng tac xac dinh. Ltic ttidng tac nay chi tac dung trong pham vi kich thtidc phan tti (khoang 1 0 8 cm), la ltic hut khi cac phan tti d xa nhau, la ltic day khi phan tti qua gan nhau.
Trong chat khi, ltic ttidng tac gitia cac phan tti yeu nen phan tti chuyen dong hoan toan hon loan. Trong chat long, ltic ttidng tac gitia cac phan tti manh hdn, cac phan tti dao dong quanh vi tri can bang dong thdi vi tri can bang nay lai co the dich chuyen. Chat khi va chat long dtidc goi chung la chat ltiu. 6 chat ran do ltic ttidng tac gitia cac phan tti chat ran la kha manh nen phan tti chi dao dong quanh vi tri can bang ma thoi, vi the chat ran de co hinh dang xac dinh.
1.1. Phtidng trinh cd ban cua thuyet dong hoc phan turva cac he qua 1.1.1 Chat khi ly tudng va dinh luat ve chat khi ly tudng
Chat khi ly ttidng la mot tap hdp cac phan tti luon luon chuyen dong hon loan, khong phiiOng nao tiu tien hdn phtidng nao. ttic la so phan tu trung binh chuyen dong theo moi phtidng thi bang nhau.
oo
Khoang cach gitia cac phan tii rat ldn so vdi kich thtidc cua phan tii nen the tich rieng cua tat ca cac phan tti khong dang ke so vdi the tich cua binh dung va ltic tUdng tac gitia cac phan tii rat yeu, coi nhti bang khong.
Phtidng trinh trang thai khi ly ttidng la phtidng trinh mo ta moi lien he gitia ba thong so ap suat p, the tich V va nhiet do T cua mot khoi khi co dang
p V = a p 0V0T (3.1)
trong do p0, V0la ap suat va the tich cua chat khi d 0°C.
Vdi mot phan tii gam khi (1 moi khi) co the tich VM thi
p Vfl = R T (3.2)
khi ay R goi la hang so" khi ly ttidng va R =(8,3170+ 0,0003) 103 J/Kmol.K
Vdi mot khoi khi bat ky co khoi ItiOng m, the tich Vm cung d nhiet do T va ap suat p nhti cua mot moi khi ay thi
pVm = - R T (3.3)
Do la phtidng trinh Clapeyron-Mendeleep cho khoi khi bat ky.
Phiidng trinh cd ban cua thuyet dong hoc chat khi vd cac he qua
Cac phan tii dtidc coi nhti nhting qua c&u ran chac, khi va cham vao nhau thi hoan toan dan hoi, do do nang ltidng toan phan cua chung khong giam di do sti va cham. Chinh sti va cham nay da gay nen ap suat cua chat khi tren thanh binh.
Xet sti bien thien dong ltidng cua phan tii khi trong mot ddn vj thdi gian ngtidi ta da chting minh dtidc rang ap suat cua mot chat khi phu thuoc vao so phan tti co trong mot ddn vi the tich (mat do phan tti n) va vao dong nang trung binh cua phan tti.
F = p = ^ n E d (3.4)
trong dd Ed goi la dong nang trung binh ctia phan tti khi.
Bieu thtic nay goi la phtidng trinh cd ban ctia thuyet dong hoc chat khi. Tti phtidng trinh nay ta cd the suy ra mot so" he qua quan trong:
1.1.2.1. Nhiet do va dong nang phan tif
o
Tti bieu thtic p . VfJ = R T va p = —nEd ta cd the chting minh dtidc rang:
E d = \ kT (3-5)
ft
trong dd k = —- = (1.38044 ± 0.00007) 10 23 J/do. la hang so" Boltzmann Bieu N
thtic (3.5) cho ta thay dong nang trung binh cua phan tti khong phu thuoc vao ban 56
chat cua chat khi ma chi ty le thuan vdi nhiet do tuyet doi T cua khi va ta co the noi rin g nhiet do tuyet doi cua v&t la so do mtic do chuyen dong hon loan cua cac phan tti cua vat. Chuyen dong phan tti cang manh thi nhiet do cua vat cang cao. Do do ta con goi chuyen dong hon loan cua phan tti la chuyen dong nhiet.
Mat khac, vdi gia thiet la cac phan tti luon luon chuyen dong hon loan, nghia la Ed khac khong, noi cach khac di la khong the thuc hien dtidc do khong tuyet doi (0 K).
1.1.2.2. Dinh luat Dalton
Neu nhu ta co mot hon hop gom nhieu loai khi d cting nhiet do T (cung dong nang trung binh Ed ), n la mat do phan tti cua hon hop, nL, P, la mat do phan tti va ap suat cua loai khi thti i thi ap suat cua hon hdp khi la:
P = \ r t t = l E & n , - ± \ , T t . ± p ,
J J I I D
Bieu thtic nay cho phep ta phat bieu dinh luat Dalton: ap suat cua mot hon hop khi ly tUdng bang tong tat ca cac ap suat rieng ctia tting loai khi:
P = P i+ P 2+ ........+ p k (3.6)
1.1.2.3. Mat do phan tCr khi
Tti bieu thtic (3.4) va (3.5) ta rut ra:
« = — (3.7)
kT
Bieu thtic tren cho ta thay: Moi chat khi se cd cung mat do phan tti khi ap suat va nhiet do ctia chting giong nhau.
CJ dieu kien tieu chuan (p0 = 1 atm = 1,013.10° N/m2, t°C = 0°C = 273 K = T°) thi lm 3 khi chtia:
1 013 10s
n = ----------- :-------- = 2,687.1025 phan tti/ m3
0 1,38.10_23.273
1.2. Sure cang mat ngoai va hien tirong mao dan
1.2.1. Cac hien twgng mat ngoai cua chat long
1.2.1.1. Dac diem cua cac phan tCf chat long
Trong chat long, khoang cach gitia cac phan tti nho so vdi trong chat khi, vi vay ltic hut phan tti dong mot vai trd dang ke. Tuy nhien, ltic hut phan tti giam nhanh khi tang khoang cach, do do chi nhting phan tti cach nhau mot khoang nho hdn r„ vao cd 10 9 m mdi tac dung len nhau. Tti mot phan tti lam tam, ve mot mat cau ban kinh r„ thi phan tti tren chi tiidng tac v&i cac phan tti nam phia trong mat cau do. Hinh cau nay dtidc goi la hinh cau tac dung phan tti.
bl
Doi vdi cac phan tti nam sau trong chat long, hinh cau tac dung phan tii nam hoan toan trong chat long vd ltic tac dung len moi phan tii do ve moi phia bii trit nhau. Doi vdi cac phan tii nam d ldp mat ngoai (co be day nho hem 1 0 9 m) thi hinh cau tac dung phan tii khong nam hoan toan trong chat long, liic tac dung len mdi phan tii khong bii tru! nhau vd phan tii chiu mot liic tac dung tong hdp hWdng vao trong chat long. Dieu do cung cd nghia la
phan tii nao nam tren mat thodng cung phai cd
mot liic nao do chong lai liic keo vao de khong
bi di vao trong long chat long.
Doi vdi cac phan tii nam sat thanh binh vd mat thodng, hinh cau tac dung phan tii cd mot phan nam trong chat ran, mot phan chat khi vd mot phan chat long. Tuy theo liic tac dung cua phan tii chat ran hut manh hay yeu so vdi phan tii chat long md phan tii chat long nay cd dinh vao thanh binh hay khong.
1.2.1.2. Stic cdng m$t ngoai
AF
Hinh 3.2. Luc AF hudng ve ben phai tac dung len difdng ranh gidi khi ldp mat ngoai d phia ben phai khong con nira
Xet cac phan tii d ldp mat ngoai cua chat long (be day vao cd 1 0 9 m). Cac liic tac dung len phan tii dd cd the phan tich lam hai thanh phan vuong goc vd tiep tuyen vdi mat thodng. Cac thanh phan vuong goc ep len phan chat long phia trong vd gay nen dp suat phan tii (noi dp suat), con cac thanh phan tiep tuyen vdi mat thodng thi khii lan nhau. Neu ta tiidng tiidng ldp mat ngoai d phia ben phai khong con niia (hinh 3.2) thi cac thanh phan tiep tuyen khong khii lan nhau vd mat ngoai bi co lai ve ben trdi. De giii mat ngoai d tinh trang nhii cu ta phai tac dung len diidng ranh gidi liic AF hiidng ve ben phai. AF goi la siic cang mat ngoai. Thiic nghiem chting to siic cang mat ngoai vuong goc vdi diidng ranh gidi vd tiep tuyen vdi mat ngoai, v i gia tri F ty le vdi do dai diidng ranh gidi mat ngoai:
AF = cr A t (3.8)
a id mot he so ty le goi la he so cang mat ngoai. Gia tri cua no bang site cang mat ngoai tac dung len mot ddn vi dai cua diidng ranh gidi mat ngoai. Ddn vi a la N/m.
Nhieu hien tiidng cua trang thdi long vi du sii tao thanh ldp bot khi tren mat chat long, sii tao thanh giot khi chat long chay qua mot Id nho... la do tac dung cua siic cang mat ngoai.
1.2.1.3. Nang lupng mat ngoai
Ta biet rang cac phan tii ldp mat ngoai bi cac phan tii d phia trong hut, vi vay nang liidng cua chung, ngoai dong nang chuyen dong nhiet, con cd the nang quy dinh bdi cac liic hut do. Khi dem phan tii tii trong long chat long ra ldp ngoai can thiic hien cong chong lai liic hut phan tii. Nhii vay cac phan tii ldp mat ngoai cd the nang ldn hdn so vdi cac phan tii phia trong. Phan nang liidng ldn hdn nay dtidc goi la nang liidng mat ngoai cua chat long.
58
So phan tii ldp ngoai cang nhieu thi nang liidng mat ngoai cang ldn, vi vay nang liidng do phu thuoc vao dien tich mat ngoai.
Nang liidng mat ngoai AW cua dien tich AS chinh bang cong thiic hien de lam tang dien tich mat ngoai len zlS
AW = a AS (3.9)
Ta biet rang mot he d trang thdi can bang ben khi the nang ciic tieu, vi vay chat long se d trang thdi can bang ben khi dien tich mat ngoai nho nhat. Thong thiidng do tac dung cua trong liic nen chat long choan phan diidi cua binh chiia vd mat ngoai la mat thodng nam ngang. Nhiing neu ta khii diidc tac dung cua trong liic thi khoi chat long se co dang hinh cau tiic la hinh co dien tich mat ngoai nho nhat trong cac hinh cung the tich. Bo it giot dau vao trong chat long cung ty trong, dung dich niidc + riidu chang han, trong liidng cac giot dau bi triet tieu bdi liic day Acsimet vd cac giot dau co dang nhiing qua cau Id liing trong chat long.
1.2.1.4. Hien tuong lam ifdt va khdng lam i/dt
Thiic nghiem cho thay
mat thodng chat long d canh
thanh binh diing co dang nhii
hinh 3.3
Goi 0 la diem mat thodng
cham thanh binh, 9 la goc hdp
giiia tiep tuyen mat thodng ve
tii 0 vd phan thanh binh phia
diidi chat long.
Neu 9 < 90“ ta co chat long
lam lidt binh. Neu 9 > 90° ta co
chat long khong lam lidt binh.
Sd di mat thodng canh thanh binh cong nhii vay la vi tai day khong nhiing ton tai
Hinh 3.3. Minh hoa chat long lam ir6t binh va chat long khong lam ifdt binh
liic hut phan tii cua chat long md con co liic hut phan tii cua chat ran doi vdi chat long. Goi F, la tong cong liic cac phan tii niidc tac dung len phan tii niidc A nam sat thanh binh, F2 la tong cong liic cac phan tii thanh binh tac dung len A.
Triidng hdp liic F2 co tri so ldn hdn F h tong hdp liic R hiidng vao thanh binh, chinh liic nay dd day cac phan tii chat long xo vao phia thanh binh tao mat cong lom: chat long lam lidt binh, vi du niidc diing trong binh thuy tinh.
Triidng hdp F2 co tri so be hdn F „ tong hdp liic R hiidng vao long chat long, liic nay day cac phan tii xo vao long chat long tao mat cong loi: chat long khong lam lidt binh, vi du thuy ngan trong ong thuy tinh.
Hien tiidng lam lidt vd khong lam lidt cung quan sat diidc luc nho cac giot chat long len vat ran. Nhd cac giot niidc len paraphin hoac thuy ngan len thuy tinh thi vat ran khdng bi lam lidt con neu nho niidc hoac dau hod len thuy tinh thi thuy tinh se bi I dm lidt.
59
1.2.2. Hien twang mao dan
1.2.2.1. Ap suat phu tac dung len mdt thoang cong cua chat long
Do hien tiidng lam Udt va khong lam lidt mat ngoai chat long thiidng co dang loi hoac 15m. Xet mot chu vi C cua mat thoang cong, luc chat long 0 trang thai can bang, xung quanh C cd cac siic cang tac dung. Do tac dung cua siic cang nay nen phan chat long d phia dudi chiu tac dung mot ap suat phu hiidng xuong phia dudi (neu mat thoang loi), hay hiidng len tren (neu mat thoang lom).
Xet mat cong dang chom cau ban kinh cong R va ban kinh chom cau r (hinh 3.4).
Hinh 3.4..M6 hinh tfnh ap su£t phu tac dung I6n mat thoang cong.
Tren mot don vi chieu dai chu vi cua chom c£u co litc cang mat ngoai o tac dung, crcd the phan tich ra thanh phan nam ngang cr„ va thanh ph£n thang diing a,. Ta co: crt = osin 6
Tren toan chu vi se co liic tac dung theo phiidng thang dctng la: F, = crt . 2 nr = 2 nr c sin 6
Liic nay phan phoi deu tren dien tich thiet dien chom c iu la nr2 tao ra ap sua't phu. Do do ap suS't phu la:
Ap = F'2nrcrsin& 2a s in 0
nr nr'
nhiing do r = R sin 0 nen
Ap = a 2 (7
—R(3.10)
Trong triidng hdp mat thoang 15m ap suat phu hiidng len tren, no co gia tri am. Trong trtfdng hdp tong quat mat cong co dang bat ky, Laplaxd da chiing minh diidc cong thttc
Ap = or 1 1 — -j----R(3.11)
trong d6 Rj va R2 la ban kmh cong cua hai giao tuyeTn vuong goc vdi nhau Ch C2 cua mat cong vdi hai mat phing ba't ky chiia phap tuy&n tai dilm d6.
1.2.2.2. Hi§n tupng mao dan
Nhung mot ong thuy tinh nho vao chau niidc, ta th&'y mat nvtdc lom trong ong thuy tinh dang cao hdn d chau (hinh 3.5). Nhiing neu nhung ong thuy tinh nav vao chau thuy ngan, mat cong loi cua thuy ngan trong ong th£p hdn mat thuy
60
ngan d ch&u (hinh 3.5). Hien ttidng ntidc dang len hay tut xuong tren goi la hien ttidng mao dSn.
Trong ong thuy tinh, do ntidc lam udt ong, mat ntidc se 15m, ap suat phu Ap hudng len tren la giam ap suat khi quyen p tren mat ong nUdc, nUdc phai dang len de cho ap suat tai 2 diem A (trong ong) va B (trong chau) co cung do cao phai bang nhau :
P = P a = P b = P - A p + p g h
Trong do p g h la ap suat cot nU6c co chieu cao h
TUdng tu, d chau thuy ngan thi
Ni/dc dang len Thuy ngan tut xuong Hinh 3.5 Hien ti/dng mao dan
P = P a = P b = P + A p - p g h
Noi chung, vdi moi chat long deu co:
= ~ ~ - P gh
K
(3.12)
TU day co the suy ra chieu cao cot chat long (dang len hay ha xuong) la:
h —
2 < j
Rpg
(3.13)
Neu r la ban kinh ong, a la goc tao bdi giUa thanh binh va tiep tuyen mat
thoang cong tai ndi mat cong gap thanh binh thi R = do do: cos a
h =2 a cos a
rpg
Trong trUdng hdp a ldn , p nhd, nUdc bam thanh binh nhieu thi a = 0, do do cosa « 1, nen
2 a
rpg
(3.14)
DUa vao cong thUc nay, neu biet h, r, ta ti'nh dtidc sUc cang mat ngoai:
hrpg
a = (3.15)
ttic la dtia vao chieu cao cot ntidc mao dan ma do dtidc he so cang mat ngoai. 61
Hien tiidng mao din co anh htidng ldn trong thtic te. Cac vat r&n xop c6 rat nhieu lo nho, neu nhti lam tidt ch§.'t do thi do hi£n ttidng mao din, ntidc dang len v& lam tidt v^t mot cach de dang, ngtidc lai neu ntidc khong 16m tidt dtidc vat thi ntidc khong the lot vao cac lo nho do th&nh thti v&t khong bi t&m tidt. Long thu khong bi t&m tidt vi cd cac chat nh&y bao boc.
Bong tho cd nhieu md nen khong tham ntidc nhting khi t&y het md thi bong th&'m r&'t nhieu ntidc. Bdi dau md vao kim loai chong khdng khi oxy hoa cung la chong ntidc xam nh&p vao cac lo nho.
Vdi thtic v&t, cac ong din nhtia cay cd dtidng kinh r&'t nho (vai phan tr&m milimet), do hien ttidng mao dan ma nhtia leo len dtidc den vai met. Nhting vdi nhting cay to cao vai chuc mdt, nhtia len ngon dtidc khong nhting la do stic mao dan ma con do stic tham thau cua cac te bao song.
1.3. Cac hien tudng van chuyen vat chat trong cd the
1.3.1. Hi$n twang khuech tan
Cac phan tti luon luon chuyen dong hon loan va va cham vao nhau, cho nen khi ta de hai tap hdp phan tti lai gan nhau du chung d the ran, long hay khi chting cung chuyen dong ngau nhien xuyen lan vao nhau. Dd la hien ttidng khuech tan phan tti.
Vdi chat ran ta kho quan sat dtidc hien ttidng nay nhting vdi chat long hoac khi ta co the quan sat dtidc d dang vi mo. Neu trong chat khi hoac chat long khong cd sti dong nhat d moi diem ve nong do thi chuyen dong nhiet ctia cac phan tti se cd tac dung lam mat di sti khong dong nhat dd. Ndi cach khac la no se dan den sti san bang nong do d moi diem. Va nhti vay da cd sti di chuyen vat chat tti ndi co nong do cao den ndi cd nong do thap. Hien ttidng khuech tan la hien ttidng di chuyen vat chat cd ban chat la sti chuyen dong nhiet hon loan ctia cac phan tti khong tao phtidng tiu tien dan den trang thai san bang nong do, la trang thai co
xac suat nhiet dong ctic dai hoac cd entropi ctic dai khi khong cd ttidng tac vdi moi trtidng ngoai.
1.3.1.1. Khuech tan khong qua mang
De quan sat hien ttidng khuech tan xay ra trong dung dich ta lam thi nghiem sau: Dung mot binh thuy tinh dting siro dac cd mau tdi mtic P. Do nhe tay ntidc len phan tren. Luc dau ta quan sat thay cd mat phan cach ro ret P. Sau mot thdi gian ta thay cd mot khoang tti M den N mau s ic thay doi nhat dan. khong con mat P ntia. Cac phan tti tao nen siro va cac phan tti ntidc da chuyen dong xen lan vao nhau, dd la sti khuech tan trong dung dich.
Khao sat sti thay doi nong do C theo true Ox ta dtidc do thi dang sau (hinh 3.6).
Nghien ctiu hien ttidng khuech tan. Fick da khao sat sti phu thuoc cua so* phan tti khuech tan dn qua dien tich S trong khoang thdi gian dt va ong da thiet lap dtidc cong thtic:
dn = - DS.gradC.dt (3.16)
62
Day chinh la cong thtic cua dinh luat Fick trong do gradC la gradien nong do va D 1^ he so" khuech tan cua loai phan tit ma ta khao sat.
Ngudi ta nh&n tha"y D phu thuoc vao:
+ Khoi ltidng va hinh dang cua phan tti
+ Do nhdt cua dung moi
+ Nhiet do cua dung dich
▲
M
N
P
M
-------- ----------\ P x
! \ N I
---------- !----- ^ -----------►
Hinh 3.6. Hien tifdng khuech tan trong dung dich
Einstein da thiet lap he thtic bieu dien sti phu thuoc gitia he so" khuech tan D va cac yeu to" lien quan:
D _ RT 1 _ k T
N cp (p(3.17)
trong do R la hang so" khi ly ttidng, N la so" Avogadro, k la hang so" Boltzmann, T la nhiet do tuyet doi cua dung dich, cp la he so ma sat phan tti bieu dien sti can cua moi trtidng long doi vdi chuyen dong nhiet cua phan tti. Co the coi (p = Kr|, trong do r] la he so" nhdt cua moi trtidng, K la he so" dac trting cho hinh dang cua phan tti. Trong trtidng hdp phan tti co dang hinh cau vdi ban kinh r thi t) ta thay sti chenh lech nong do gitia hai phia cua mang giam dan theo thdi gian, dan dan tien tdi trang thai can bang khuech tan ttic la trang thai ma so" phan tti chuyen dong qua mang theo hai phia bang nhau.
1.3.2 Hien twang tham thau
Trong tti nhien co nhting loai mang chi cho mot loai hoac mot so loai phan tti xuyen qua, con nhting loai khac thi khong the qua lai; co loai mang chi cho dung moi di qua ma khong cho cac chat hoa tan di qua. Cac loai mang co tinh chat nhti vay goi la mang ban tham. Cac loai mang trong cd the h&u het la mang ban tham bdi vi sti ton tai cua te bao phu thuoc vao sti tham nhting chat can thiet tti moi trtidng ben ngoai vao va loai trti nhting chat chuyen hoa can ba tti no ra ngoai.
Ngoai nhting mang ban tham co trong tti nhien d cac cd the sinh vat con co cac mang ban tham nhan tao. Chinh do co tinh tham chon loc ma chung ta co hien ttidng tham thau. Doi vdi cd the song thi tham thau dong vai trd rat quan trong trong cac phtidng thtic van chuyen chat d cd the song.
Tham thau la qua trinh van chuyen
dung moi qua mot mang ngan cach hai
dung dich co thanh phan khac nhau khi
khong co cac ltic ngoai nhti trong ltic, ltic
dien tti, ltic day pistong... Hai dung dich
co the khac nhau ve ban chat, nong do
chat hoa tan... Dong ltic cua qua trinh
tham thau la ap suat tham thau.
1.3.2.1. Ap suat tham thau
Nhting mot cai ong chtia dung dich
ntidc dtidng vao trong mot chau ntidc cat.
Phan tren la mot ong nho dai de phat Hinh 3.8. Thi nghiem ve hien tifdng tham thau 65
hien sii bien doi do cao miic dung dich. Phia dtidi ong c6 mieng rong dtidc bit kin bdi mot m&ng ban tham chi cho ntidc th&'m qua con diidng thi khong (hinh 3.8). Luc d&u mtic dung dich trdng 6ng v& mtic ntidc trong ch&u dtipc de’ ngang nhau. Sau mot thdi gian thay mtic dung dich trong ong dang len cho den mot do cao n&o do thi dting lai. Phan tich ntidc d chau khong th&y c6 dtidng. Dieu do c6 nghia lik ntidc da tham qua mang vao ong trong khi dtidng khong th&'m dtidc ra ngoai.
6 trong chau chi toan cac phan tti ntidc nen so phan tti ntidc trong chau do chuyen dong hon loan dap vao mat ngoai mang ban th&'m nhieu hdn so vdi so cac phan tti ntidc cua dung dich dap vao phia trong mang ban th&'m (mot ph&n cua m&t trong mang ban tham da bi cac phan tti dtidng chiem). Do do cac phan tti ntidc tti chau di vao ong se nhieu hdn so vdi so phan tti ntidc tti ong di ra chau. Ket qua 1& sau mot thdi gian, mtic ntidc dtidng trong ong se dang len lam tang ap suat thuy tinh. Nhting khi ap suat thuy tinh tang thi so phan tti ntidc tti ong bi ep quay trd lai chau tang len. Khi ap suat thuy tinh dat tdi mot gia tri nao do thi so phan tu ntidc chuyen dong qua mang theo hai htidng se b&ng nhau. Trang thai can bang nhti v&y goi la can bang th&m thau. Ap suat thuy tinh ctia cot ntidc dtidng co chieu cao h co do ldn b&ng ap suat th&m thau cua dung dich dtidng trong ong.
Neu ta lam lai thi nghiem vdi dieu kien la trong chau dting ntidc dtidng vdi nong do nho hdn nong do ntidc dtidng trong ong thi khi d trang thai can bang dong, chieu cao cua cot ntidc dtidng trong ong bieu thi hieu ap suat tham thau cua hai loai ntidc dtidng trong va ngoai ong.
Ngtidc lai neu nong do ntidc dtidng trong ong nhd hdn ntidc dtidng trong chau thi mtic ntidc dtidng trong ong se thap hdn mtic ntidc dtidng trong chau, ttic la da co mot so' phan tti ntidc tti ong di ra chau.
Tti do ta thay rin g moi dung dich deu co mot ap suat tham thau nhat dinh.
Ap suat tham thau sinh ra la do sti co mat cua cac chat hoa tan trong dung dich. No co tac dung lam dung moi chuyen dong ve phia dung dich va co do ldn b in g ap suat thuy tinh can thiet lam ngting sti th&m thau khi dat dung dich ngan cach vdi dung moi bang mot mang ban tham.
Van’t Hoff nghien ctiu hien ttidng tham thau d cac dung dich loang cua cac chat khong dien ly, da dem so sanh vdi thuyet dong hoc phan tti cua chat khi va rut ra la co the dung phtidng trinh Clapeyron-Mendeleev cho ap suat th im thau:
m n _
P = — R.T (3.21)
P vm
trong do p la ap suat tham thau ctia dung dich
m la khoi ltidng chat hoa tan
|ii la trong ltidng phan tti chat hoa tan
Vm la the tich dung dich
R la hang so Clapeyron-Mendeleev va R = 8,31 J/mol.K
T la nhiet do tuyet doi cua dung dich
66
TCr (3.21) ta thay ap sua't th^m tha'u ty le nghich vdi trong ltidng phan tii vh ty le thu^n vdi nhiet do tuy$t doi T.
Neu ta thay ml/u.Vm = C la nong do cua dung dich thi ta co phtidng trinh Van’t Hoff:
p = C.R.T (3.22)
tiic la khi nhiet do khong doi thi ap sua't tham tha"u ty le thuan vdi nong do chat tan cua dung dich.
Phtidng trinh Van’t Hoff nghiem kha dung v6i mot so dung dich loang, nhting doi vdi mot so" dung dich khac nhti dung dich muo'i vo cd chang han thi ap sua't tham tha'u ldn hdn nhieu so vdi gia tri tinh dtidc. Do la vi v6i cac chat dien ly khi hoa tan vao trong dung moi se phan ly thanh cac ion, neu cac ion nay khong tham qua mang ban tham thi so" ltidng phan tii trong dung dich se tang len dan
den ap suat tham thau cung ldn len. Tti do ta thay phtidng trinh Van’t Hoff chi dung v6i dung dich loang khong dien ly.
Doi v6i dung dich loang dien ly ta co the suy rong phtidng trinh Van’t Hoff de tmh ap suat tham thau.
Gia sti mot dung dich dien ly co a% so phan tti chat hoa tan bi phan ly va moi phan tti bi phan ly thanh n ion.
Goi N„ la sd phan tti cua chat hoa tan ting vdi mot ddn vi the tich dung dich neu chat hoa tan la khong dien ly.
N la so" phan tti co trong mot ddn vi the ti'ch dung dich sau khi da phan ly thanh cac ion.
Ta co N = N (t.a.n + (1-a) N„
N = (an + 1 - a)N„ = [1 + a (n-1)] N 0
Vi ap suat tham thau ty le v6i so" phan tti trong mot ddn vi the tich nen doi vdi dung dich dien ly ap sua't tham thau se tang len i lan vdi i = 1 + a (n - 1) va i dtidc goi la he so" dang tha"m. Nhti vay phtidng trinh Van’t Hoff viet cho dung dich loang chat dien ly se la:
p = i.C.R.T (3.23)
1.3.2.2. Can bdng Donnan
d tren ta xet ap sua't tham tha'u cua cac cha't phan ly va khong phan ly ma ban than chung khong di qua dtidc mang ban tha'm. Trong thtic te 0 cac to chtic song co cac muoi protein la cac dai phan tti bi ngan cach vdi cac dung dich dien ly bdi cac mang te bao. Mang te bao nay khong cho cac dai phan tti va cac ion ldn di qua nhting cho cac ion nho cua cha't dien ly di qua. Do vay ma co sti phan phoi lai cac chat dien ly trong va ngoai mang, anh htidng len ap sua't tham thau.
Gia sti co mot mang ban tham ngan cach dung dich dien ly dai phan tti R Na+ d phan I vdi dung dich dien ly Na+Cl‘ d phan II (hinh 3.9). Cac ion Na+ va Cl co the qua lai 2 phia cua mang con R' thi khong the tham qua mang dtidc. Vi cac
67
phan tii trong ca hai phan deu co tich dien nen hien ttidng phtic tap hdn Ta nhan thay:
Ph&n I M an g Phdn II
Trang thai dau R Na+ Na+ Cl
c,c> C2 c 2
Trang thai cuoi R Na+ Cl Na+ Cl
C, Cj+ x x C2- X C2 ■ x
Hinh 3.9. Mang ban tham ng3n cach dung dich dien ly dai
phan tufva dung dich NaCI.
Cac ion Na+ khong the di qua mang mot minh vi nhti the se dan den qua trinh tich tu dien dtidng d ph&n I va tao ra dien trtidng chong lai cac ion Xa* khac qua mang. Mot ion Na+ nao do chi co the qua mang neu no dtidc cung cap nang ltidng tti ben ngoai. Nhting neu Na* va Cl qua mang cung luc sau va cham d gan lo mang thi sti tham thau xay ra de dang va khong can cung cap nang ltidng tti ngoai.
Neu Na+ va Cl d phan II co nong do la [Na+]2, [C l]2 (dau [ ] ky hieu nong do cac ion, ddn vi mol/1) thi so"cap ion qua theo chieu tti phan II den phan I la:
n2 = k[Na*]2[C l]2
va so" cap ion qua theo chieu tti phan I den phan II la:
n, = k[Na*],[Cl ],
Theo Donnan d trang thai can b in g dong phai thoa man hai dieu kien: - So" phan tti qua lai mang tti hai phan phai b in g nhau n, = n2 [Na*]2[Cl']2 = [Na*] ,[Cl ], (*)
- Co sti trung hoa ve dien trong moi ngan
Ta co trang thai ban dau cua he: [R], = [Na*], = C,
[Na*]2 = [C l]2 = C2
Neu goi x la phan nong do ttidng ting v6i so cap ion Na+, Cl da di chuyen qua mang tti phan II sang phan I cho tdi khi dat trang thai can bang dong, luc do:
[R], = C„ [Na*], = C, + x, [C l], = x, [Na*]2 = [C l]2 = C2- x Thay vao phtidng trinh (*) ta co:
(C , - x)2 = (C, + x)x
68
Giai phtidng trinh nay ta dtidc :
x = — ^ 2— (3.24)
C, + 2 C2
Xet mot so" trtidng hdp dac biet :
- C, « C2 ttic la [R ] d trang thai d&u rat nho thi ta co the bo qua ltidng C, d mau so" trong bieu thtic (3.24)
C 2 C .
x = —— = —- , co nghia la khi dat den trang thai can bang dong da co mot 2 Cj 2
utia so" phan tti chat dien ly NaCl tti ngoai vao trong te" bao.
- C, » C2 ttic la [R ] rat ldn thi x = 0 ttic la NaCl d ngoai hau nhti khong i ham dtidc vao trong te bao.
C2 c
- C, = Cp thi x = ------- ------ = ——, co nghia la da co 1/3 so phan tti chat dien C, + 2C, 3
y d ngoai mang chuyen vao trong khi dat can bang dong.
Nhti vay khi cho te" bao tiep xue vdi chat dien ly co cting loai ion vdi muoi >rotein trong te bao thi trong moi trtidng hdp deu co mot ltidng chat dien ly di vao te bao do do co sti thay doi ap suat tham thau va gia tri ap suat tham thau cua te bao luon luon ldn hdn ap suat tham thau ctia moi trtidng va do chinh la dong ltic gay nen dong chay vat chat ve phia cac te bao song.
1.3.2.3. Y nghia cua ap suat tham thau
Hien ttidng tham thau dong vai tro rat quan trong trong sti song cua cac cd the dt ^ thtic vat. Da so" cac mang te bao dong vat, thtic vat la mang ban tham nen gic. ri ap suat tham thau co lien quan trtic tiep den qua trinh trao doi chat trong cat cd quan cua te bao. Gia tri ap suat tham tha'u cua cac cd quan khac nhau, d cac loai sinh vat khac nhau thtidng khac nhau. Dich tiet ra tti cd the ech co ptt nho hdn ptt d ngtidi. Cac dong vat song trong ntidc bien co cac dich v6i p tt ldn. Thtic vat hut ntidc tti dat nhd p tt = 5 — 20 atm. Mot so" cay d sa mac co p u =170
atrn. Cac te bao d la va ngon cay c o p tt ldn hdn d than va re.
Doi vdi con ngtidi chi can mot thay doi nho ve ptt cua cac dich trong cd the, dac biet la mau (mau, bach huyet, dich cac to chtic cua cd the ngtidi co p u = 7',7 atm d 37 °C) cting du gay ra nhting anh htidng den cac hoat dong sinh ly binh thtidng.
- ptt bi ha thap (do co sd ltidng ntidc 16n dtia vao hay do mat muoi) co the dan tdi co giat, non mtia.
- pu tang (do dtia vao cd the ltidng muoi ldn) dan tdi sti phan phoi lai ntidc, co the gay phu ne cac to chtic. Khi ay sti mat ntidc cua cac niem mac gay ra cam giac khat ntidc. lam mat thang bang cua hoat dong binh thtidng cua he than kinh, cua cac cd quan quan trong khac.
69
CJ cd the ngUdi. than dong vai trd quan trong trong viec dieu chinh lai ap suat tham tha'u.
Dung dich ma ap sua't tham tha'u cua no bang ap sua't tha’ m thau cua mot dung dich chuin goi la dung dich dang trUdng vdi dung dich chuan. Dung dich ma ap suat tham thau ldn hdn ap suat tham thau cua dung dich chuan goi la dung dich Uu trUdng, trUdng hdp nhd hdn goi la nhudc trUdng.
Neu de trong dung dich Uu trUdng, te bao se bi m at nude ma teo lai; neu de trong dung dich nhUdc trUdng te bao se bi vd vi cd ludng nUdc qua nhieu di vao. Vi vay ma khi rtia hong c iu ngUdi ta phai dung nUdc muo'i sinh ly (dung dich muoi cd nong do 0,9% ) vdi ap sua't tham thau 7,7 atm la dung dich dang trUdng cua mau.
1.3.3. Hien twang loc va sieu loc
Ta da gap hien tUdng loc nhieu trong thuc te va trong ddi song hang ngay. Thi du : nhu loc nUdc de loai bo can ba’n, loc bot nUdc de loai bo phan bot cd kich thudc ldn hdn...
- Hien titqng loc la hien tudng jcay ra khi dung dich chuyen thanh dong qua cac lo cua mang dudi tac dung cua luc thuy tinh (day hoac hut) dat len dung dich. Mat do dong the tich J v la the tich dung dich chuyen qua mot ddn vi dien tich cua mang trong mot ddn vi thdi gian cd the tinh theo cong thUc :
A V nr\ N .A p _
J = ----- = ------------— = L A p (3.25)
At 8r|^
Trong dd :
AV la the tich dung dich chuyen qua mang trong thdi gian At.
r: ban kinh cua lo mang
N: so lo trong mot ddn vi dien tich mang
rj: he so nhdt cua dung dich
I : chieu dai trung binh cua lo mang hay chie\i day cua mang
Ap : hieu ap sua't gitia hai dau lo
L : he so' loc
Nhu vay ta thay toe do van chuyen cua dung dich qua mang loc phu thuoc vao hieu ap suat gitia 2 dau lo, do nhdt cua dung dich, vao cac kich thudc cua lo va so' lo trong mot ddn vi dien tich.
Tat nhien d day coi cac lo m ang giong nhau va nhting vat chat tan trong dung dich cd kich thudc ldn hdn lo. khdng the qua lo.
- H ien tilting sieu loc la hien tUdng loc qua mang trong cac dieu kien sau:
+ M ang loc ngan cac dai phan tti cd phan tti lUdng ldn hdn gia tri gidi han |ngh (thi du ngan cac phan tti protein).
70
+ M&ng loc cho cac phan tti va ion nho lot qua, tuan theo can bang Donnan.
+ Co them tac dung cua gradien ap suat thuy tinh hiidng tti phan co cac dai phan tti sang phin kia hoac ngUdc lai. Tac dung cua ap suat thuy tinh lam thay doi liiu liidng cua dong dung dich qua mang, cung co the lam doi chieu dong.
Sii van chuyen cua cac phan tti ntidc va cac phan tti nho qua thanh mao mach co the coi la hien tiidng sieu loc. Huyet ap co khuynh hiidng don niidc d trong mau ra khoang gian bao; ngiidc lai, ap suat tham thau keo lai don niidc tti khoang gian bao qua vach mao mach vao mau. Trong cac mao dong mach, huyet ap ldn hdn ap suat tham thau keo, do do niidc tti mau thoat ra khoi thanh mao mach. Trong cac mao tinh mach, huyet ap nhd hdn ap suat tham thau keo nen niidc tti khoang gian bao di qua thanh mao mach vao mau.
Sii trao doi chat thiidng xay ra d thanh mao mach nhii mot hien tiidng sieu loc ma dong liic la sii chenh lech cua tong cac loai ap suat.
Ta biet ap suat thuy dong co chieu hiidng tti long mach ra thanh. Ap suat nay d long mach la pA= 4kPa (1 Pa = 75.10'4 mm Hg) va trong long tinh mach la pv = 2kPa. Ap suat thuy tinh cua cac dich mo co chieu ngiidc lai, co gia tri trung binh la p = 0,8 kPa (tti 0 den 1,3 kPa). Nhii vay do chenh lech d day lam cho dich di chuyen ra khoi long mach :
Api - Pa- P - 4 - 0,8 - 3,2 kPa (d dong mach)
va Ap2 = pv- p = 2 - 0,8 = 1.2 kPa (d tinh mach)
Trong khi do ap suat tham thau cua dung dich diidc quyet dinh bdi nong do cac chat htiu cd trong dd. Ta biet gia tri ap suat tham thau cua mau trong long mach la rcM = 3,3 kPa va cua dich mo la 7rxc = 1,3 kPa. Sii chenh lech ap suat tham thau nay (Atc = 3,3 - 1,3 = 2 kPa) lam cho niidc di chuyen tti to chtic vao long mach.
Cuoi cting sii di chuyen cua niidc va cac thanh phan tan trong dd (chat vo cd, htiu cd, oxy v.v...) phu thuoc vao tong hdp cac ap suat thuy dong, thuy tinh va tham thau co cac chieu khac nhau la:
6 mao dong mach 3,2 - 2 - 1,2 kPa
6 mao tinh mach 1,2 - 2 = - 0,8 kPa
- Hien tiicJng sieu loc d cau than: C lu than nam d vung vd than, no co hai thanh phan hdp thanh la boc Bowman va btii mao mach cau than. Vat chat trong huyet tiidng chav qua bui mao mach cau than se lot qua thanh mao mach de vao trong long boc Bowman. Bdi vay thanh mao mach va thanh boc Bowman gan vdi nhau tao thanh mang loc cau than. Mang loc cau than cung giong nhii. mang mao mach khac trong cd the nhung vi chtic nang loc ldn hdn nen cd do xop ldn hdn khoang 25 ldn.
Vat chat chuyen qua mang loc vao boc Bowman la do su chenh lech ap suat, co 3 loai ap suat d cau than:
71
Ap suat mau trong mao mach p h = 70 mm Hg dong vai tro liic day dich chuyen vao boc Bowman.
Ap suat keo trong mao mach cau than tao ra do nong do protein hoa tan trong huyet ttidng p k = 32 mm Hg.
Ap suat thuy tinh trong boc Bowman tao ra do dich loc chtia trong boc Bowman p h = 14 mm Hg.
Nhii vay ap suat loc la ap suat day ntidc va cac chat hoa tan tii long mao mach cau than qua mang loc vao boc Bowman pe la:
P e = Ph - (Pk + Pb) = 7 0 - (32 + 14) = 24 mm Hg
Trong dich loc khong co hong cau va ltidng protein rat thap vi chung khong qua dtidc mang. Cac phan tii nho, cac ion khuech tan qua mang theo gradien nong do, theo can bang Donnan. Do vay nong do cac anion cao con thanh phan cation lai thap hdn trong huyet tUdng.
Tham phan mau: Th&m phan la phiidng phap tach cac phan tti nho trong dung dich b in g hien ttidng khuech tan qua mot mang. Trong y hoc, ngtidi ta thtidng tham phan mau nham muc dich loai ra khoi mau cac chat co hai do benh trong cd the sinh ra (thi du thieu nang than) hoac do cac chat tii ngoai xam nhap vao (thi du nhiem chat doc). Ngtidi ta dat mot mang ngan cach mau vdi dung dich tham phan (dung dich co nong do thich hdp cac chat nU6c, muoi khoang, glucose...). Thong qua hien ttidng khuech tan qua mang, cac chat can loai bo rdi khoi mau tdi dung dich tham phan. Nhu vay, mang dong vai tro nhu mot cai sang.
Mang dung trong tham phan mau thtidng la mang sinh vat hoac mang nhan
Mau lay ra tii dong mach sau khi tham phan dtidc dUa trd lai vao tinh mach. Thong thtidng mot ddt loc mau keo dai tu: 2 den 4 gid, cho phep loai bo nhiing ltidng thtia ure, CT, Na+, K+ sulphat va phosphat ... co trong mau.
1.4. Van chuyen vat chat qua mang te bao
Moi cd the song deu gom nhiing ddn vi cd ban la te bao bdi vi no tu chuyen hoa, tii dieu hoa, tu thich nghi, tu sinh san v.v... tU do xay diing nen cac mo. cac cd quan va cd the song. Te bao song luon luon phai trao doi chat vdi moi trtidng. 6 cac cd the song co hang loat cac cd che khac nhau de duy tri tinh on dinh cua moi trtidng ben trong va ben ngoai mang te bao. 6 day can ltiu y rin g tinh on dinh do khong phai la ket qua cua mot trang thai tinh ma la ket qua cua trang thai can b in g dong. Cd sd cua trang thai can b in g dong do co lien quan den cac cd che van chuyen vat chat qua mang te bao nhti khuech tan thu dong, van chuyen tich ctic, thtic bao va am bao.
1.4.1. Mang te bao
Te bao ve phtidng dien vat ly la mot he nhiet dong md, luon trao doi vat chat va nang ltidng vdi moi trtidng xung quanh.
72
a. Protein dang cau
b. Protein dang sdi
c. Phospho lipid
Hinh 3.10. Cau true mang te bao
Te bao gom 3 phan chinh: mang te bao, nguyen sinh chat (bao tifdng) va nhan te bao.
Moi te bao deu dtidc bao boc bdi mang te bao. mang te bao dong vai tro:
- Bao boc te bao, phan dinh ranh gidi gitia te bao va moi trtidng xung quanh, lam cho te bao thanh mot the toan ven khac moi trtidng. Bao ve cac thanh phan cua te bao trtidc cac tac dong cua moi trtidng.
- Tiep nhan, truyen dat, xti ly thong tin tti moi trtidng tdi nhti nhan dien te bao quen, la; kich thich hoac tic che tiep xtic gitia cac te bao, gitia te bao vdi cd chat; phan ting vdi cac thong tin tdi nhti hting phan dien, chuyen dong...
- Thtic hien trao doi vat chat va nang ltidng vdi moi trtidng gop phan thtic hien cac chtic nang song cua te bao tren cd sd dieu hoa cac phan ting men trong te bao, sti dung htiu hieu cac dang nang ltidng (cd, tham thau, dien hoa...) d te bao.
Mang te bao cd cau true phti hdp de thtic hien cac vai tro tren.
Hien nay cd nhieu gia thuyet ve cau trtic mang te bao, nhting hau nhti deu O
cho rin g mang te bao cd chieu day khoang 50 - 120 A (hinh 3.10). Tren mang cd O
nhting lo thung dtidng kinh khoang 7-8 A va moi cm2 co khoang 1010 lo nhti the, dien tich chung cua lo chi chiem mot phan nhd cd 0,06 % be mat te bao. Mang te bao d cac mo khac nhau cd thuoc tinh ly hoa va cau true khac nhau nhting deu co tinh chat chung:
- Ltidng chiet quang
- Stic cang mat ngoai nhd.
Dien trd ldn
- Cau trtic khong dong nhat
Thanh phan thtidng la: d gitia mang la hai ldp phan tti phospholipid sap dat phan ctic dinh htidng vuong goc vdi be mat te bao, cd xu htidng ngan can cac ion
73
va cha't hoa tan trong ntidc di qua. Bao boc hai phia tiep theo la ldp protein dang sdi lam cho mang te bao cd tinh cha't dan hoi va stic cang mat ngoai nho. Phia ngoai cung va trong cting la ldp protein dang c4u c6 lin protein nhay va glycolipid. C) glycolipid cd chtia cac acid amin trung tinh ma cac nhom COOH cua chung tao nen ldp dien tich am d mat ngoai mang te bao.
Dtia vao cac thanh phan vat chat di qua mang sinh vat ngtidi ta chia cac loai mang'tren cd the sinh vat ra lam 4 loai nhti sau:
- Mang gan nhti ly ttidng ve mat ban tham, chi cho cac phan tti ntidc di qua. - Mang cho phan tti ntidc va mot so' phan tti co cau tao tinh the di qua. - Mang cho tat ca cac chat hoa tan, trti chat keo di qua.
- Mang sinh vat d trang thai “ray” cho tat ca cac chat hoa tan ke ca keo di qua.
Da so cac loai mang trong cd the sinh vat thuoc loai 2 va 3. Mang te bao thuoc loai 2, thanh mao mach thuoc loai 3. Mang loai 4 co rat it trong cd the trti trtidng hdp bi ton thtidng, chang han khi ngtidi benh thieu oxy, thanh mao mach xuat hien khuynh htidng de cho cac chat protein di qua.
Ve phtidng thtic van chuyen vat cha't qua mang ngtidi ta nhan tha'y co 2 phtidng thtic chu yeu:
- Hoa tan vao cac lipid cd d mang te bao. Van chuyen bang phtidng thtic nay cd cac chat htiu cd khong hoa tan trong ntidc va cac chat co chtia nhom khdng phan ctic nhti metyl (CH3), etyl (C2H5), phenyl (C6H5).
- Xam nhap vao te bao qua lo mang. Van chuyen theo phtidng thtic nay cd cac ion va phan tti vat chat hoa tan trong ntidc va cac cha't cd chtia nhom phan ctic hydroxyl (OH), cacboxyl (COOH), amin (NH2). Phtidng phap dong vi phong xa da khang dinh rin g sti xam nhap qua lo mang khong phai luon luon la do sti thim
thau . Ngtidi ta gia thiet la trong cac lo mang chtia day ntidc cd cac ion dtidng hoac am do ket qua cua hien ttidng hap thu cac ion. Bdi vay nhting hat vat chat mang dien trai dau de dang xam nhap vao te bao, con cac hat cting dau thi bi day ra. Neu cd hai phan tti tich dien cting dau lot vao lo mang thi chung can nhau. Cac ion hydro va hydroxyl tuy cd ban kinh be nhting thtic te hoan toan khdng tti ngoai vao te bao. Sd di nhti vay vi chung cd tinh linh dong cao, de xe'p thanh nhom tren be mat cua mang te bao va chung se day cac dien tich cting dau. Chinh vi vay ma te bao trd thanh khong tha'm do'i vdi cac acid va bazd manh, cac acid va bazd yeu lai tham de dang.
1.4.2. Dong luc va co che van chuyen vat chat qua mang te bao
Van chuyen vat chat qua mang la mot qua trinh phtic tap. Dtia vao sti khac nhau ttidng doi ve dong ltic va cd che ngtidi ta chia van chuyen vat chat qua mang te bao lam 3 loai chinh sau:
- Van chuyen thu dong
- Van chuyen chu dong
- Thtic bao va aim bao
74
1.4.2.1. V$n chuySn thu ddng
Van chuyen thu dong la qua trinh van chuyen vat chat qua mang co dong luc la cac loai gradien khac nhau ton tai cl hai phia cua mang. Nang ltidng chi phi cho cac loai van chuyen nay dtidc l&y ngay d phan nang ltidng dti trU trong cac gradien, te bao khong phai cung cap them nang ltidng lay tti cac phan Ung hoa sinh. Chieu van chuyen vat chat do tong cac vectd gradien d vting mang quyet dinh.
Cac loai gradien thong thtidng ton tai d vung mang cua te bao song la
- Gradien nong do: xuat hien khi co sti chenh lech nong do cua mot chat nao do gitia trong te bao va dich bao quanh te bao. Vi d te bao co rat nhieu loai chat khac nhau do do co nhieu loai gradien nong do.
- Gradien tham thau xuat hien khi co sti chenh lech ve ap suat tham thau gitia ben trong va ben ngoai te bao. CJ te bao song thi sti chenh lech ve ap suat th&m thau keo rat quan trong.
- Gradien mang xuat hien khi co mang ban tham: cac phan tti co klch thtidc nho qua mang de dang, con cac dai phan tti xam nhap qua mang vao te bao hoac thoat ra ngoai kho. Ket qua la nong do d hai phia cua mang te bao se khac nhau.
- Gradien do hoa tan: xuat hien d ranh gidi hai pha khdng tron lan dtidc, trong trtidng hdp chat da cho cd do hoa tan trong hai pha khong giong nhau. Sti phan phoi nong do cua chat bat ky hoa tan dtidc trong ntidc va md deu phai tuan theo dinh luat Nerst: “CJ nhiet do xac dinh, ty so" nong do mot chat hoa tan trong hai pha long tiep xue khdng tron lan vao nhau la mot dai ltidng khdng doi khi dat tdi trang thai can bang nhiet dong“
C
k = —- , vdi Cj va C2 la nong do chat hoa tan cua mot chat nao dd d hai pha, Q
k dtidc goi la he so phan phoi.
- Gradien dien hoa: gay ra bdi sti chenh lech the dien hoa. Sti chuyen dong cua cac ion theo the dien hoa cd the xay ra ca trong trtidng hdp khi chting dich chuyen chong lai gradien nong do hay chong lai gradien dien the vi gradien dien hoa la ket qua cua cac hieu ting hoa hoc va dien.
Do cd nhieu loai gradien d vung mang nen sti van chuyen vat chat qua mang khong chi phu thuoc vao sti chenh lech nong do gitia trong va ngoai mang. Thi du: do cd gradien mang ma nong do kali d trong te bao thtidng xuyen ldn gap 30-50 lan nong do cua no trong huyet thanh hay dich mo.
Chieu van chuyen vat chat phu thuoc vao cac yeu to* sau:
- Ttidng quan gitia cac gradien d vting mang (ve ca chieu va gia tri) - Mtic do trao doi chat
- Ttidng quan gitia cac qua trinh tong hdp va phan huy cac dai phan tti quan trong nhat cd trong thanh phan nguyen sinh chat.
Thi du nhu d cac te bao gia, cac nucleotid bi phan huy, cac goc phosphat va K+ thai qua mang ra moi trtidng ben ngoai; d cac te bao non goc phosphat va K lai chuyen theo chieu ngtidc lai, chung dtidc tich luy trong te bao bang cach gan vao cac nucleotid.
Khi te bao sip chet thi sti van chuyen vat chat qua mang tang len mot cach khong thuan nghich va te bao mat kha nang van chuyen chon loc.
Van chuyen thu dong qua mang te bao co the thtic hien theo nhieu cd che khac nhau, song khuech tan la cd che chu yeu. Ta quan tam den 3 dang khuech tan:
- Khuech tan ddn gian
- Khuech tan lien hdp
- Khuech tan trao doi
Khuech tan dcfn gian:
Khuech tan ddn gian la dang khuech tan ma vat chat chuyen dong thanh dong trong dung moi dtidi tac dung cua gradien nong do. Cac phan tti ntidc va cac anion thtidng khuech tan theo cd che nay.
Goi An la so* phan tii hoa tan khuech tan qua dien tich S trong khoang thdi gian At. Ap dung dinh luat Fick ta cd :
A
An = -D .S .----- A t
Ax
Mat do dong vat chat khuech tan dtidc xac dinh bang cong thtic :
. An AC
O = — - = - D .------
S. At Ax
Trtidng hdp khuech tan qua mang cd chieu day t thi :
AC P
An = -D .S .— A t = -S .— A C A t
£ k
Trong dd P = k — la he so tham cua mang vdi k la he so* ty le.
P P
Vay An = S. — .(C, -C,)At hay O = ----- A C (3.26) k ' k
Cd the xac dinh dtidc gia tri ctia P bang thtic nghiem. He sd" tham P cua mang phu thuoc vao :
Tac dong qua lai cua cac phan tti va ion cung di qua mang.
Sti tham gia ctia cac phan tti va ion van chuyen vao cac qua trinh trao doi vat chat trong te bao.
Toe do van chuyen cua dung moi qua mang.
76
Neu chat khuech tan la chat dien ly thi ludng chat khuech tan qua mang con phu thuoc vao do linh dong u+ cua cac ion dudng va u' cua cac ion am the hien qua he so khuech tan D dUdc tinh bang cong thiic :
d = 2.RT_ u^ u_
F u +u
trong do: R la hang so Clapeyron - Mendeleev
T la nhiet do tuyet doi cua dung dich dien ly
F la hang so Faraday
Toe do cua mot chat nao do qua mang bang con dudng khuech tan ddn gian dUdc xac dinh bdi tinh hoa tan cua chung trong lipid va bdi kich thudc cua cac O
phan tii khuech tan. Nhiing chat hoa tan trong nUdc ma co phan tti ldn hdn 8 A (nghia la ldn hdn dudng kinh cua lo) thi thUdng la khdng the di qua mang. Nhieu phan tii tich dien thudng la hydrat hoa nghia la cd bao mot ldp vd cd tich nhieu phan tii nUdc va cai vd nUdc ay da lam tang cao “dudng kinh hieu iing” cua cac phan tii khuech tan, trong trUdng hdp dd toe do khuech tan cua chung be hdn toe do khuech tan cua cac ion tu do khdng bi hydrat hoa. Cac lo hoat dong nhu the la thanh cua chung mang dien tich dudng. Mdi dien tich dudng dUdc bao bdi mot vung tich dien nhu the hudng vao long cua lo. Mdi mot ion tich dien dUdng cung dUdc bao bdi mot vanh tich dien va 2 dien tich cung dau dd day nhau. Do dd ma cac phan tii tich dien dudng rat kho khan va cham chap xuyen qua mang, ca khi O
kich thudc cua chung nhd hdn 8 A .
Khuech tan lien hdp:
Khuech tan lien hdp la qua trinh van chuyen vat chat qua mang theo gradien nong do, song cac phan tii vat chat chi lot dUdc qua mang khi dUdc gan vao phan tu khac goi la chat mang. Cac chat glucose, glycerin, acid amin va mot so" chat htiu cd khac van chuyen theo cd che nay. Qua trinh nay mang dac tinh “dong hoc bao hoa” : khi nong do phan tti chat tham nhap d mdi trudng ngoai nhd thi toe do van chuyen cua chting vao trong te bao la ty le thuan vdi nong do dd. Tuy nhien khi nong do phan tti chat tham nhap ldn thi sU ty le thuan khong con ton tai dUdc ntia vi chat mang da “no” roi. Cac chat mang cd tinh dac trUng, chting chi cd the lien ket vdi mot loai phan tti hoac la phan tti khac nhung phai cd cau true rat giong vdi loai tren. Chinh vi vay ma thuc te cac phan tti dudng cd cau tao hoa hoc giong nhau se canh tranh vdi nhau ve mien lien ket vdi chat mang.
Phan tti chat xam nhap vao te bao, con goi la cd chat, ky hieu C. phan tti chat mang la M. cd the ket hdp vdi nhau tao thanh phtic chat MC hoac MC phan ly thanh M va C:
M + C # M C
Ky hieu nong do phtic chat MC d mat trong va mat ngoai la [MC]tr va [MC]n(, thi mat do dong vat chat MC qua mang la: