Chương IV THUYẾT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ VÀ CÁC HIỆN TƯỢNG VẬN CHUYỂN TRAO ĐỔI CHẤT MỤC TIÊU - Hiểu Thuyết động học phân tử khí lý tưởng Từø phương trình suy được các hệ quả của nó - Thiết lập biểu thức nội khí lý tưởng thơng qua định luật phân bố động theo bậc tự - Phân biệt khác khí lý tưởng khí thực Từ thiết lập phương trình trạng thái khí thực - Nêu chất, nguyên nhân tượng khuếch tán, ma sát nhớt, dẫn nhiệt Vận dụng để giải thích trình vận chuyển trao đổi chất thể - Nêu chất, nguyên nhân trạng thái căng mặt ngoài, tượng mao dẫn, vận dụng giải thích số tượng liên quan thực tế, đời sống y học NỘI DUNG       THUYẾT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ VỀ CHẤT KHÍ KHÍ THỰC CÁC HIỆN TƯỢNG VẬN CHUYỂN TRAO ĐỔI KHÍ TRẠNG THÁI CĂNG MẶT NGỒI CỦA CHẤT LỎNG HIỆN TƯỢNG MAO DẪN CÁC HIỆN TƯỢNG VẬN CHUYỂN I/-THUYẾT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ VỀ CHẤT KHÍ 1/ Các định luật thực nghiệm chất khí a Các khái niệm - Nhiệt độ: Là đại lượng vật lý đặc trưng cho mức độ chuyển động hỗn loạn phân tử vật - Nguyên lý thứ không (zero) nhiệt động lực học Từ thực nghiệm cho ta kết luận : “ Khi đặt hai vật (hệ) A B tiếp xúc với coi hệ hai vật cô lập Năng lượng E truyền từ vật có nhiệt độ cao (nóng hơn) sang vật có nhiệt độ thấp, hai vật có nhiệt độ khơng trao đổi lượng Lúc đó, hai vật trạng thái cân nhiệt ” (Hệ cô lập) Thực nghiệm cho thấy hai hệ cân nhiệt với chúng không tiếp xúc trực tiếp với Kết nằm cách phát biểu Nguyên lý thứ không nhiệt động lực học sau : “ Nếu hai vật A B cân nhiệt với vật thứ ba C chúng (Avà B ) cân nhiệt với “ - Dựa vào nguyên lý người ta đưa dụng cụ đo nhiệt gọi Nhiệt biểu Nhiệt biểu đóng vai trò vật vật kéo theo cân nhiệt vớùi vật đạt đến nhiệt độ nhiệt độ vật • Nhiệt biểu + chia độ = Nhiệt kế • - Nhiệt độ vật xác định qua phép đo đại lượng vật lý (chiều dài, thể tích, điện trở ) có tương quan đơn trị với nhiệt độ • VD: Nhiệt kế thủy ngân , rượu • Thang nhiệt độ (Hơi nước 100 212 32 Celcius (0C) Fahrenheit (0F) ( p = atm ) 373 273 (1) (2) sôi) (Nước đá tan) • toF = 9/5 toC + 32 • TK = toC + 273 Kelvin( K) • Ví dụ: Nhiệt độ Fahrenheit tương ứng với -20oC là: toF = 9/5 (-20) +32 = - T = 0K = -273oC ( = - 460oF) Là giới hạn chung nhiệt độ b Các định luật thực nghiệm chất khí – Khí lý tưởng • p T2 T1 V (Các đường đẳng nhiệt) Định luật Boyle – Marriotte (1660) Với khối lượng khí định Nếu nhiệt độ khối khí giữ khơng đổi (q trình đẳng nhiệt ) tích số áp suất thể tích khối khí số T = const ⇒ pV = const (3) VD : Hiệu mức nước hai nhánh ống mao dẫn hình chữ U có đường kính d1 = 1mm d2 = mm ∆h = 1,4cm Xác định hệ số căng mặt nước Cho biết khối lượng riêng nước 103 kg/m3 , g = 9,81m/s2 Xem nước làm ướt hoàn toàn thành ống Lưu ý : + Nước làm ướt thành ống mức nước nhánh tiết diện bé cao mức nước nhánh lớn có dạng lõm Giải : Ở điều kiện cân , mặt nằm ngang ta có: pA = pB Với (1) d1 d2 pB = p0 + ∆ pB pA = p0 + ρ g ∆ h + ∆ pA p0 : áp suất khí , ∆ p : áp suất phụ ∆ h ρ g ∆ h : áp suất thủy lực (do chiều cao cột nước ) Thế vào (1) : p + ∆ pA + ρ g ∆ h ρg ∆ h = p + ∆ pB = - ∆ p A + ∆ pB B A ρ g ∆h ⇒ σ  − 2σ   − 2σ  = − ÷ +  ÷  r1   r2  1 1 = 4σ  − ÷  d1 d   d − d1  = 4σ  ÷  d1d  ρ g ∆ h d1d = 4(d − d1 ) 103.9,81.1, 4.10− 1.10− 2.10− = 4( 2.10−3 − 1.10− ) σ = 0,073 N / m d1 ∆ h d2 B A Giải thích số tượng thường gặp a Ống đếm giọt : Giọt chất lỏng to dần lên đến trọng lượng giọt chất lỏng lực căng mặt ngồi giọt chất lỏng bắt đầu rơi khỏi ống (Định luật Taste) P = F (mg = σ.2пr ) Vậy: với ống đếm chất lỏng định,thì lượng giọt chất lỏng không đổi Đây lý người ta lấy số giọt thuốc làm đơn vị liều lượng cho người bệnh F P b Tác dụng bọt khí ống mao dẫn Xét ống mao dẫn nằm ngang có bọt khí bên trong, - Khi khơng có tác dụng lực , chất lỏng đứng yên, R1 = R2 ⇒ ∆p1 = ∆p2 ngược chiều - Khi có tác lực F (bên trái) R1 > R2 ⇒ ∆p1 < ∆p2 cản trở lực F - Áp suất phụ cực đại mà bột khí chịu mặt bên trái mặt lồi, phía bên phải mặt lõm có bán kính cong bán kính r ống mao dẫn 2σ 2σ 4σ ∆p max = ∆p1 + ∆p2 = + = r r r R1 = R2 ⇒ ∆p1 = ∆p2 u  F R1 > R2 ⇒ ∆p1 < ∆p2 u  F r R1 = R = r (a) •- Vậy,ống mao dẫn chứa chất lỏng có bọt khí cần phải tác dụng áp suất lớn áp suất phụ cực đại chất lỏng chuyển dịch Khi ống nhiều bọt khí có chỗ phân nhánh áp suất phụ cực đại mà bọt khí chịu lớn - Đây lý gây tai biến trường hợp thể bị giảm áp suất đột ngột đưa thuốc vào thể qua tĩnh mạch tạo bọt khí lịng mạch máu, mạch máu tim, não,làm cho máu khó lưu thông ,gây tắc mạch máu V CÁC HIỆN TƯỢNG VẬN CHUYỂN Hiện tượng khuyếch tán : a Khuyếch tán không qua màng: Định luật Fick: Số phân tử ∆n loại chất đó,khuyếch tán qua diện tích ∆S khoảng thời gian ∆t sau: ∆ =− D n dC dx dC ∆ ∆ S t dx : gradient nồng độ C theo phương x vng góc với ∆S D: hệ số khuyếch tán , phụ thuộc vào khối lượng hình dạng phân tử , độ nhớt dung môi nhiệt độ dung dịch b Khuyếch tán qua màng xốp thấm tự do: - Màng xốp thấm tự : loại màng có lỗ với đường kính lớn so đường kính phân tử khuyếch tán (Tương tự khơng có màng chắn, phần diện tích để phân tử qua bị giảm nên trình khuyếch tán xảy chậm hơn.) Giả sử phía màng ln trì nồng độ đồng C1 C2 ,phần bên hai mặt màng có nồng độ biến đổi tuyến màng tính ( GradxC có giá trị không đổi) C − C1 ∆n = − D ∆S ∆t l ⇔ ∆n = − P (C2 − C1 ) ∆S ∆t C1 C2 l l: bề dày màng P = D/ l : hệ số thấm màng, phụ thuộc chất khuyếch tán tính chất màng c Hiện tượng khuyếch tán vận chuyển vật chất thể Các trình vận chuyển thụ động vật chất qua màng có động lực tồn gradient khác hai phía màng mà khuyếch tán chế chủ yếu Các loại gradient thông thường tồn màng tế bào sống như: Gradient nồng độ, gradient thẩm thấu, gradient màng, gradient độ hòa tan, gradien điện hóa - Chiều vận chuyển : Do tổng vectơ gradient vùng màng định - Năng lượng vận chuyển : Năng lượng dự trữ gradient Có dạng khuyếch tán: - Khuyếch tán đơn giản: Là dạng khuyếch tán tác dụng gradient nồng độ (Các phân tử nước anion thường vận chuyển theo chế này) tuân theo công thức : ∆n = -P (C2 – C1) ∆S ∆t Mật độ dòng vật chất khuyếch tán : Φ= ∆n = − P (C − C1 ) ∆S ∆t - Khuyếch tán liên hợp Tương tự khuyếch tán đơn giản , song phân tử vật chất (cơ chất) lọt qua màng gắn vào phân tử khác gọi chất mang (các chất glucose, glycerin, acid amin số chất hữu khác vận chuyển theo chế này.) C: phân tử chất xâm nhập vào tế bào (cơ chất) , M :phân tử chất mang [MC]tr , [MC]ng : nồng độ phức chất MC mặt mặt Mật độ dòng vật chất MC khuyếch tán qua màng là: −D Φ = l ( [ MC ] tr − [ MC ] ng ) - Khuyếch tán trao đổi: Tương tự khuyếch tán liên hợp đây, phân tử chất mang thực trình vận chuyển vòng (Đây trường hợp vận chuyển ion Na+ qua màng hồng cầu Bằng phương pháp đánh dấu người ta thấy ion Na+ hồng cầu nhanh chóng đổi chỗ cho ion Na+ huyết Trong đó, nồng độ ion Na+ huyết hồng cầu lại không thay đổi.) Hiện tượng thẩm thấu - Màng bán thấm.: Là màng cho dung mơi thấm qua mà khơng cho chất hồ tan qua - Thẩm thấu : Là trình vận chuyển dung môi qua màng ngăn cách hai dung dịch có thành phần khác mà khơng có ngoại lực - p suất thẩm thấu: Thí nghiệm: Cho thấy nước thấm qua màng vào phễu dâng lên độ cao h, đường không thấm Aùp suất thủy tỉnh chiều cao h cột nước đường gây gọi áp suất thẩm thấu h h Màng bán thấm nước đường Giải thích : Do nồng độ phân tử nước bên màng lớn bên màng Theo áp suất riêng phần nước bên màng lớn bên màng nên nước khuyếch tán từ vào màng Đối với dung dịch lỗng chất khơng điện ly áp suất thấm thấu tuân theo phương trình Clapeyron – Mendeleev m P= R.T µV ⇔ m =C µ V dung dịch P = C R T : nồng độ Kmol Màng bán thấm - Áp suất thẩm thấu trình trao đổi chất quan tế bào động thực vật So với dung dịch có ASTT p0 Nếu dung dịch có ASTT - p = p0 : dung dịch đẳng trương - p > p0 : dung dịch ưu trương - p < p0 : dung dịch nhược trương So với máu người 370C , ASTT p0 ~ 7,7 atm - Dung dịch muối 0,9% (0,15M)(nước muối sinh lý ) dung dịch đẳng trương vơí máu Vì vậy, để bù lại máu đưa vào lượng lớn dung dịch đẳng trương nước muối sinh lý, huyết v.v… - Nếu thể bị muối hay có số lượng nước lớn đưa vào, áp suất thẩm thấu bị giảm,có thể dẫn tới co giật, nôn mửa Ngược lại ,áp suất thẩm thấu tăng đưa vào thể lượng muối lớn dẫn đến phân phối lại nước thể, gây phù nề tổ chức - Tại nơi bị viêm, phân tử protein bị đứt gãy thành nhiều phân tử nhỏ, nồng độ vật chất gia tăng, áp suất thẩm thấu tăng, nước từ tổ chức xung quanh chuyển vị trí ,gây cảm giác áp suất ... tượng liên quan thực tế, đời sống y học NỘI DUNG       THUYẾT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ VỀ CHẤT KHÍ KHÍ THỰC CÁC HIỆN TƯỢNG VẬN CHUYỂN TRAO ĐỔI KHÍ TRẠNG THÁI CĂNG MẶT NGOÀI CỦA CHẤT LỎNG HIỆN TƯỢNG... lý Thuyết động học phân tử chất khí a Một số giả thuyết : – Các chất khí có cấu tạo gián đoạn gồm số lớn phân tử – Kích thước phân tử khơng đáng kể so với khoảng cách chúng với – Các phân tử. .. MAO DẪN CÁC HIỆN TƯỢNG VẬN CHUYỂN I/-THUYẾT ĐỘNG HỌC PHÂN TỬ VỀ CHẤT KHÍ 1/ Các định luật thực nghiệm chất khí a Các khái niệm - Nhiệt độ: Là đại lượng vật lý đặc trưng cho mức độ chuyển động hỗn