生物化学高频考点（五十六）之有关热力学的一些基本概念内容及思维导图

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体系的概念、性质和状态

体系，也被称为系统或物系，是在研究中涉及的全部物质的总称，即在一个限定范围内的物质。体系的性质包括压力、体积、温度、组成、比热及表面张力等。体系分为三种类型：开放体系、封闭体系和隔离体系。开放体系是指与环境之间有物质交换和能量传递的体系，如生物体；封闭体系是指与环境之间只有能量传递而不能发生物质交换的体系；隔离体系是指与环境不能发生任何形式作用的体系，既无能量传递也无物质交换。

能的两种形式：热与功

热与功是能的两种主要形式，是当一个体系的状态发生变化时与环境交换能量的两种形式。热是由于温差而产生的能量传递方式，伴随着质点的无序运动；功是体系与环境间另外一种能量交换方式，伴随着体系质点的定向移动，这是一种有序的运动。

内能和焓的概念

内能是体系内部质点能量的总和，是由于分子的平动能、转动能、震动能、电子能、电子与核的相对静止质量能及分子间相互作用的势能能等所形成。通常用符号U或E表示，是体系状态的函数，与达到某个状态的途径无关。焓又称为热焓，用符合H表示，是体系的内能与其全部分子的压力和体积总变化之和。焓的变化称为焓变，用符号ΔH表示。焓变和内能变化之间的关系可用下式表示：△H=△U+△PV。

热力学第一定律

热力学第一定律指出一个体系及其周围环境的总能量是一个常数，不会凭空发生和消失。热力学第一定律的数学表达式为△U=Q-W，式中：△U为一个体系的内能变化，Q为体系变化时吸收的热量，W为体系所做的功。对于一个等压过程，体系只做体积功，不对环境做功，dU=dQ-dW，体系吸收的热量在数值上等于体系焓的改变量。在恒容条件下，体系吸收的热量，在数值上等于体系内能的改变量。

化学能的转化

化学物质所含的能量可以在其发生反应时转换为其他形式。在代谢过程中，生物体将引入机体的化学质一步步转换为含较低能量的新化学物质同时释放出自由能和热。燃烧热是指将一摩尔的有机化合物完全氧化所释放出的最大能量。生物氧化是化学物质在机体内进行的氧化作用，最终产物和燃烧一样是二氧化碳和水，但生物体内的氧化过程是缓慢地，逐步地将能量释放出来，其中大部分能量转移到一些特殊的化合物中。

热力学第二定律和熵的概念

熵是指代表体系能量分散程度的状态函数，即代表一个体系点散乱无序的程度，用符号S表示，熵的变化用△S表示，是正值。热力学第二定律第一种概念：热的传导只能由高温物体传至低温物体，热的自发地逆向传导是不可能的。第二种概念：在隔离体系中，一个过程只有当其体系和周围环境的熵值总和增加时才能自发进行。

自由能的概念

自由能是指凡能够用于做功的能量，是能量Q的全部都是自由能。通常可用的能量分为两种。一种是功能，热能做功只能引起温度或压力的变化；另一种是自由能，这种能可在恒温压下做功。自由能G=H-TS（ΔH 是总热量的变化，ΔS是总熵的改变，T是体系的绝对温度）。ΔG＜0表示体系自由能减少，反应可以自发进行，但不等于说该反应一定发生或以能觉察的速率进行，是放能反应。ΔG＞0表示反应不能自发进行，吸收能量才推动反应进行。ΔG=0表示体系处在平衡状态。