Varsti on eksam!.

Παρουσίαση με θέμα: "Varsti on eksam!."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Varsti on eksam!

2 Kalkulaator kaasa! (tuletage meelde kuidas tõstetakse astmesse ja võetakse logaritme) Suurused, mis võiksid meeles olla: R = 8.31 J mol-1 K-1 F = C mol-1 c = m s-1

3 Hiina tähestikus on 10000 hieroglüüfi.
Mitmekohalist kahendarvu tuleks nende kodeerimiseks kasutada? loga xα = α loga x, 2x = 104 x log 2 = 4 log 10 0.3 x = 4 x ≈ 13 Kalkulaatoril: log - log10 ln loge

4 Bioloogilise füüsika eksamiküsimusi 2007-2009
Aatom, molekul…. 4. Nimetage klassikalise aatomi orbitaalmudeli põhiraskusi. Kuidas kaasaegne kvantmudel neist üle saab? … 1). tuuma ümber tiirlev e- peaks tekitama muutuva el-magn. välja . Välja kaudu e- peaks lõpuks oma energia välja kiirgama ja tuumale kukkuma. Tegelikult nii ei juhtu. 2). Kui e- võiks tiirelda igasugusel kaugusel tuumast, sama elemendi aatomid võiksid olla erinevad. 3). Planetaarmudeli järgi ainete spektrid peasid olema pidevad, kuid koosnevad üksikutest spektrijoontest. - Aatomorbitaale iseloomustatakse (milliste?) kvantarvudega …Miks on kvantarve just niipalju ja mitte rohkem ega vähem?…

5 4. Kui aatomis on rohkem kui üks elektron, siis ei saa nad Pauli tõrjutusprintsiibi kohaselt kõik koguneda madalaima energiaga orbitaalile, mille määravad kvantarvud (millised?) n, l, m. Igale nende kvantarvude kombinatsioonile vastab (mitu?)…2… elektroni, mis erinevad omavahel (mille?)…spinni.... poolest. Aatomi -orbitaalile mahub maksimaalselt (mitu?) elektroni. Nende energia on suurem / väiksem (vale vastus läbi kriipsutada) võrreldes sama elektronkihi s-elektronidega (vajadusel näidake seda graafikul).

6 4. Aatomorbitaale iseloomustatakse (milliste. ) kvantarvudega …n, l, m
4. Aatomorbitaale iseloomustatakse (milliste?) kvantarvudega …n, l, m. Miks on kvantarve just niipalju ja mitte rohkem ega vähem?…Schrödingeri võrrand kirjeldab elektroni kui seisvat lainet kolmes sõltumatus ruumimõõtmes, millega igaühega on seotud kvantarv. Pauli tõrjutusprintsiip: Täpselt ühesuguse lainefunktsiooniga elektrone, mille kõik 4 kvantarvu (n, l, m, s) langeksid kokku, saab aatomis olla ainult üks. See on ühtlasi aine stabiilsuse põhjus. Elementide füüsikalised ja keemilised omadused sõltuvad elektronide arvust suurima n -ga orbitaali väliskihis/või kattes. Väliskihis on tuumast kõige kaugemal asuvad ja seega kõige nõrgemini seotud elektronid, valentselektronid. Valentselektronide arv määrab rühma numbri.

7 Tunneliefekt Kvantmehaanikas nimetatakse tunneliefektiks ehk tunneleerumiseks mikroosakese läbiminekut potentsiaalibarjäärist. Tegemist on kvantnähtusega, kus nt elektronid on suutelised läbima lõpliku paksuse ja kõrgusega potentsiaalse energia barjääri, kuna omavad laineomadusi. Klassikalise teooria kohaselt on osakeste poolt barjääri läbimine võimatu. Mikroosakeste korral on see aga võimalik, olgugi et barjääri läbimise tõenäosus on üldiselt väike. Kui vaadelda elektroni, siis on sel lõplik tõenäosus lekkida või imbuda (öeldakse ka: tunneleeruda) läbi barjääri ja ilmuda välja selle vastasküljel. Määramatuse printsiip Heisenbergi järgi on võimatu korraga määrata elektroni või mõne muu osakese impulsi ja asukohta kui tahes suure täpsusega.

8 Mis on molekulaarorbitaal? Mille poolest erinevad siduvad ja
mittesiduvad molekulaarorbitaalid? Kummale (kas siduvale või mittesiduvale) vastab suurem energia? 16. Molekulaarorbitaale jagatakse siduvateks ja mittesiduvateks. Selgitage, kaheaatomilise molekuli näitel, kuidas nad tekivad ja mille poolest üksteisest erinevad. Liituvad lainefunktsioonid on sama- või erimärgiliste faasidega. 17. Molekulaarorbitaalide ja valentssidemete mudeleid kasutatakse aatomitevaheliste / molekulidevaheliste (vale vastus läbi kriipsutada) sidemete kirjeldamiseks. Millised on nende kahe mudeli põhierinevused? Valentssidemete mudeleid tähtsustavad üle keemiliste sidemete lokaalset iseloomu, MO teooria käsitleb elektrone kuuluvana kogu molekulile.

9 Samamärgiliste faasidega lainefunktsioonide liitmisel tekib suurem elektronide
tõenäosuse tihedus 2ψ tuumade vahel. See on elektrostaatiliselt soodus olukord, sest tuumadevahelised elektronid seovad aatomeid omavahel tugevamini kokku. Seepärast kutsutakse ka vastavat orbitaali siduvaks MO. Siduvas seisundis süsteemi koguenergia väheneb. Öeldakse, et vastav olek stabiliseerub. Kui aga liita erimärgiliste faasidega lainefunktsioone, saame vastupidise tulemuse ehk tõukuvad MO-d. Nagu jooniselt näeme, iseloomustab tõukuvaid MO sõlmpind, mis läheb tuumade vahelt läbi. Elektronid justkui lokaliseeruvad tuumadest väljapoole (teine teisel pool tuuma). Seetõttu hakkab domineerima tuumade omavaheline tõukepotentsiaal. Seega molekulide keemilise sideme tugevus sõltub asustatud siduvate ja mittesiduvate orbitaalide arvust. Kui nende arv on võrdne, siis kovalentset sidet ei moodustu.

10 Aatomite vastastikmõju kirjeldava potentsiaali üldkuju
Üksteisele lähenedes hakkab kõigepealt tunda andma väliste elektronkihtides asuvate elektronide omavaheline tõukumine (samanimelised laengud!). Vastav elektrostaatiline väli on kaugmõjuline. See seletab esimese tõusva potentsiaali haru Potentsiaalse energia suurenemine toimub loomulikult kineetilise energia vähenemise arvel, st molekulid lähenedes kaotavad pidevalt kiirust. Kui algkiirus oli piisavalt suur, võivad elektronid üksteisele nii lähedale sattuda (potentsiaalse energia maksimumi piirkonnas), et nende orbitaalid osaliselt kattuvad. Kattumispiirkonnas võib aatomite vahel hakata mõjuma tõmbejõud, sest elektronid võivad teatud tingimustes eelistatult koonduda kahe tuuma vahelisse piirkonda. See seletab langevat (e tõmbuvat) potentsiaaliharu. Molekuli moodustumiseks peavad aatomid põrkuma väga tugevasti. Joonistage kvalitatiivselt potentsiaalse energia sõltuvus aatomitevahelisest kaugusest. Tehke vastav joonis. Sellel eristuvad Tõmbuvad ja tõukuvad harud. Märkige need joonisel ära.

11 5. Kirjeldage, mis on molekul
5. Kirjeldage, mis on molekul? Stabiilne neutraalne osakene, mis koosneb vähemalt kahest aatomist, kus omavahel jagatakse vähemalt üht elektronpaari. Molekulide olemasoluks vajalik ja piisav tingimus on, et aatomid asuksid potentsiaaliaugus 16. Null-energia tähendab null J energiat. Õige või vale? Põhjendage.

12 Nimetage neli fundamentaalset füüsikalist vastastikmõju
Nimetage neli fundamentaalset füüsikalist vastastikmõju. Järjestage nad tugevuse järjekorras. Mille kohta käib DeBroglie valem ? Mis on λ ja p ( kg m s-1) dimensiooni SI süsteemi ühikutes? Mis suurusjärgus on atomaarsete sidemete energia? Võrrelge seda soojusliikumise keskmise energiaga. Osake - väli dualism. Mida selle all mõeldakse? Põhjendage, miks pole võimalik näha elevandi (üldiselt massiivsete kehade) difraktsiooni.

13 6. Vesiniksidemel on bioloogias eriline tähtsus. Tooge näiteid.
7. Mis on soojusmahtuvus?. Energia, mis on vajalik aine kuumutamiseks 1 kraadi võrra [J/K] Millised liikumised panustavad ainete soojusmahtuvusse? Seoses soojusmahtuvusega tuleb arvestada kulg-, pöörd- ja võnkeliikumisega 6. Soojusmahtuvus sõltub / ei sõltu (väär maha tõmmata) temperatuurist. Põhjendage oma arvamust. Vee soojusmahtuvus on 4200 J/kg K, jää – 2100 J/kg K, auru – J/kg K.

14 Keemia 15. Ensüümide otstarve on (mis?) kiirendada (reguleerida) reaktsioone. Kuidas nad oma ülesannet täidavad? Alandavad aktivatsiooni barjääri 16. 1 M vesilahuses on (mitu?)…55,6.. vee molekuli ühe molekuli lahustunud aine kohta. Rakkudes on metaboliitide (biokeemiliste ainete) molaarsed kontsentratsioonid tüüpiliselt ……mM……… Perioodsussüsteemis määrab elektronkiht ....perioodi numbri ja valentselektronide arv rühma numbri Nimetage keemiliste sidemete tüüpe ja kirjeldage nende sarnasusi ja / või erinevusi.

15 Üksikmolekulide energiad ei ole võrdsed vaid on jaotunud
Maxwell-Bolzmanni jaotuse kohaselt: kus Δn on nende molekulide osa kõigist, mille kineetiline energia ületab teatud piiri Ea, R on gaaside universaalkonstant ja T absoluutne temperatuur. RT on molekulide keskmine kineetiline energia temperatuuril T.

16 16. EA ja EB on vastavalt reaktsioon alg-ja lõppproduktide energiad
16. EA ja EB on vastavalt reaktsioon alg-ja lõppproduktide energiad. Kui EB < EA, kas siis (vale variant maha tõmmata, [ ] tähistab kontsentratsiooni) [B] < [A] või [B] > [A] ? Kui EB > EA , siis [B] < [A] või [B] > [A] ? 17. Molekulidevaheline kaugus jääs on suurem / väiksem kui vees (vale läbi kriipsutada)? Milles seisneb selle nähtuse bioloogiline tähtsus? veekogud ei külmu läbi 18. Selgitage Nernsti potentsiaali olemust. Ka tasakaalulises olukorras rakumembraan laseb +/- ioone erinevalt läbi. Tekib elektriline potentsiaalide vahe rakumembraanil, mis takistab ioonide edasise difusiooni

17 Arrheniuse graafik on mugavaim viis reaktsioonikiiruste
temperatuurisõltuvuse graafiliseks kujutamiseks. Mis suurused on selle graafiku telgedel? …y – ln(reaktsiooni kiirus), x – 1/RT, T on Kelvinites! sirge tõus - aktivatsiooni energia

18 Reaktsiooni kiiruskonstandi valemis on mitu temperatuurist sõltuvat
liiget. Millised? Millise liikme temperatuursõltuvus mõjutab kõige enam kiiruskonstandi temperatuursõltuvust? RT Mis on ensüümid ja kuidas nad funktsioneerivad? Mille poolest ensüümid katalüsaatoritest erinevad? Mõlemad muudavad reaktsiooni kiirust ja ei muuda tasakaalu. Alandavad aktivatsioonibarjääri. Ensüümidel on kõrge spetsiifilisus, nad on kuni 1000 korda efektiivsemad.

19 Kui aine A keemilise energiaga EA muundub aineks B
keemilise energiaga EB, ja reaktsioon toimub üle aktivatsioonibarjääri, siis päri- ja vastupidise reaktsiooni kiirused avalduvad järgmiselt: Päri: Vastu: Avaldage seos ainete A ja B tasakaaluliste kontsentratsioonide ja nende keemiliste energiate vahel.

20 Keemilised sidemed Nimetage keemiliste sidemete tüüpe ja kirjeldage nende sarnasusi ja / või erinevusi Mis suurusjärgus on aatomitevaheliste sidemete energia molekulis? Võrrelge seda soojusliikumise keskmise energiaga. Mis vormis on viimane energia: kineetilise, potentsiaalse või nende segu vormis? Kas RT on antud temperatuuril suur või väike ühik, see selgub võrdlusest aktivatsioonienergia (Ea): Kovalentsete sidemete energia: kJ/mol ( RT) Vesiniksidemete enrgia: kJ/mol (~10 RT) Membraani potentsiaalide vahed: mV (2-6 RT) Punase valguskvandi (680nm) energia: 1.8 eV (71.1 RT ) Mehaanilise töö mõttes W=2 pN ∙ 2nm = 4 ∙ J~1kT

21 . Mis on van der Waalsi jõud? Mille vahel nad mõjuvad?
Iseloomustage nende tugevust võrreldes teiste teile teadaolevate sidemetega. Elementide füüsikalised ja keemilised omadused sõltuvad eelkõige (milliste?) elektronide arvust. Põhjendage, miks? Mis on elektro-keemiline potentsiaal? Millistest suurustest ta sõltub?

22

23

24

25 Kui palju tööd tehakse toatemperatuuril toimuvates
reaktsioonides, kus kontsentratsioonide erinevus muutub 100 korda?

26 Mis on keemiline potentsiaal?
Mis on elektrokeemiline potentsiaal? 3.

27 H2 ja O2 segu on stabiilne toatemperatuuril, kuid
plahvatab süüdates. Selgitage miks? Tehke ka põhimõtteline selgitav joonis. . Elementide füüsikalised ja keemilised omadused sõltuvad eelkõige (milliste?) elektronide arvust. Põhjendage, miks? Kui aur vedeliku kohal on küllastunud, siis ....(kirjeldage olukorda). Küllastunud aururõhk sõltub / ei sõltu temperatuurist (väär vastus maha kriipsutada). Kirjeldage gaaside, vedelike ja tahkiste iseloomulikke omadusi (mille poolest nad üksteisest kõige enam erinevad).

28 Lahusti aururõhk lahuse kohal on madalam tema aururõhust puhta
Termodünaamika 3. Mis on energia? …energia on mateeria liikumise ja vastastikmõju üldistatud kvantitatiivne mõõt, E=mc2, E=hν Formuleerige energia jäävuse seadus Lahusti aururõhk lahuse kohal on madalam tema aururõhust puhta lahusti kohal

29 Gibbsi võrrand määrab muutuva rõhu ja temperatuuri tingimustes
. Pange kirja termodünaamika (Gibbsi) põhivõrrand. Mis on selle võrrandi tähtsus? Mis on tema liikmete füüsikaline sisu? Gibbsi võrrand määrab muutuva rõhu ja temperatuuri tingimustes toimuvate protsesside tasakaalutingimused ning selle, kas protsessid toimuvad spontaanselt või mitte. Pange kirja vastavad tingimused.

30 Gibbsi energia (Gibbsi vabaenergia, ΔG) on termodünaamiline potentsiaal, mis
iseloomustab tööd, mida termodünaamiline süsteem suudab teha konstantsel temperatuuril ja rõhul. Sellest ka tema nimetus "vabaenergia" – energia, mis on töötamise jaoks "kätte saadav", n.ö. "vaba". Gibbsi energia on võrdne maksimaalse kasuliku tööga, mida suudab teha suletud süsteem pöörduval protsessil ilma paisumistööta.

31 Soojusmahtuvus Energia, mis on vajalik aine kuumutamiseks 1 kraadi võrra Ühik on [J/K] Aine soojendamisel energia kulub mitte ainult molekulide kulgliikumisele, vaid ka nende pöörlemisele ja võnkumistele Soojusmahtuvus sõltub temperatuurist ja muutub järsult faasisiirete kohal. Energia kulub aatomite/molekulide ruumilise paigutuse ümberkorraldamiseks, mis leiab aset faasiüleminekul ehk potentsiaalseks energiaks. Üldjuhul ei kulu soojendamisel energiat ainult süsteemi potentsiaalse või kineetilist energia pidevaks suurendamiseks, vaid osa sellest kulutatakse uute vabadusastmete loomiseks.

32 Milliseid ainete olekufaase te teate
Milliseid ainete olekufaase te teate? Kirjeldage nende põhilisi omadusi / erinevusi. 16. Mis on soojusmahtuvus? Aga erisoojus? Millistes ühikutes neid mõõdetakse? Soojusmahtuvuseks nimetatakse soojushulka, mis on vajalik antud ainekoguse temperatuuri tõstmiseks 1 kraadi võrra. SI-süsteemi mõõtühik on J·K−1. Soojusmahtuvust võib väljendada ka ühikulise ainekoguse kohta, olgu selleks siis mass, ainehulk vms. Soojusmahtuvust moolides väljendatud ainehulga kohta nimetatakse ka moolsoojuseks. Soojusmahtuvust massiühiku kohta nimetatakse ka erisoojuseks. Soojusmahtuvus sõltub nii aine olekust (mida võib määratleda nt. temperatuuri ja rõhu kaudu) kui ka termodünaamilisest protsessist, milles aine osaleb. Erisoojus (ka erisoojusmahtuvus) on füüsikas soojushulk, mis on vajalik ühikulise massiga ainekoguse temperatuuri tõstmiseks 1 kraadi võrra. SI-süsteemi mõõtühik on J·kg−1·K−1. Enimlevinud tähis on c.

33 Faasisiiretel temperatuur (st osakeste kineetiline Energia )
keha soojendades ei muutu. Sellepärast, et faasiüleminekuga kaasnevad osakeste ümberkorraldused, milleks kulub energiat. Faasisiirdel muutub osakeste kineetiline soojusenergia osakeste asendiga seotud potentsiaalseks energiaks Soojus (energia) muut on proportsionaalne temperatuuri muuduga Proportsionaalsustegurit nimetatakse soojusmahtuvuseks. Erisoojus on soojusmahtuvus massiühiku kohta Erisoojus on seega intensiivne parameeter, soojusmahtuvus aga ekstensiivne parameeter

34 Kirjeldage, mis on intensiivsed ja mis ekstensiivsed
(termodünaamilised) parameetrid? Tooge paar näidet ühe ja teise kohta. Ekstensiivsed Ruumala Mass Aine hulk (moolide arv) Aine soojusmahtuvus Intensiivsed omadused ei sõltu aine hulgast (ruumalast, massist),nt Temperatuur Rõhk Aine erisoojus

35 9. Mis on entroopia? Mis ühikutes entroopiat mõõdetakse?
Korratuse kvantitatiivne mõõt. Ühik: J/mol K 20. Formuleerige termodünaamika teine seadus suletud süsteem liigub korrapäratuse suurenemise ehk entroopia kasvamise suunas. Kuidas on see seadus kooskõlas eluslooduse nähtavalt kõrge organiseeritusega? Lokaalne entroopia kahanemine ehk korra kasv on võimalik, kui Universumis tervikuna entroopia kasvab. 9. Entroopia saavutab maksimumi (millal?) tasakaalu korral

36 Gaasid Omadused - Gaasi ruumala alati määratud seda mahutava nõu ruumalaga. - Gaasid voolavad (nagu vedelikud). - Gaasidel on väike tihedus ja nad on kokkusurutavad. - Gaasid segunevad ühtlaseks seguks (näit. õhk) Gaasi rõhk tuleneb sellest, et molekulid põrkuvad nõu seintelt tagasi, mõjutades sellega seinu, vastavalt Newtoni III seadusele. - Gaasi temperatuur iseloomustab gaasi molekulide liikumise kineetilist energiat. Temperatuur on null kui molekulid on paigal ja temperatuur kasvab võrdeliselt molekulide kineetilise energia suurenemisega, st võrdeliselt kiiruse ruuduga (Ek=mv2/2). Gaasi hulga (aine koguse) mõõtmiseks võib kasutada tema massi kilogrammides. Kuid gaaside füüsikaliste ja keemiliste omaduste määramisel on molekulide arv ruumalaühikus olulisem kui nende mass. Seetõttu on aine koguse mõõtühikuks sobiv valida niisugune ühik, mis jätaks osakeste arvu konstantseks. Seetõttu mõõdetakse gaasi hulka moolides.

37 Ideaalgaas on gaasi teoreetiline mudel, mille puhul postuleeritakse:
- gaasi molekulide mõõtmet on kaduvväikesed võrreldes nendevaheliste kaugustega (vedelik/aur suhtub kui 1/1000); - molekulidevahelised tõmbe/tõuke jõud on kaduvväikesed; kõik põrked (seintega ja molekulidevahelised) on elastsed. Elastsed põrked on niisugused põrked, kus mõlemad, nii impulsi jäävuse kui ka energia jäävuse seadus, on rahuldatud. St molekulide liikumise energia enne ja peale põrget on sama. - kahe põrke vahel liiguvad gaasi osakesed, samuti nagu piljardikuulid, ühtlaselt ja sirgjooneliselt. Igat piisavalt hõredat gaasi küllalt kõrgel temperatuuril võib lugeda ideaalseks. Gaasi molekulide ruumala moodustab umbes 1/1000 gaasi koguruumalast normaalrõhul. Gaasi kokkusurumisel (näit. 100 atm) ja jahutamisel ideaalsus kaob.

38 Ideaalse gaasi olekuvõrrand
pV = nRT

39 Gaaside universaalkonstant R
R = kBNA = 8.31 J/mol K Ühe mooli üheaatomilise gaasi keskmise kineetilise energia sõltuvus temperatuurist (vt. loengukonspekt “Gaasid”) on: kaheaatomilise molekuliga gaasi jaoks aga 5/2 RT. RT suurus iseloomustab soojusliikumise energiat ja temaga tuleb võrrelda Keemilistes reaktsioonides mooli kohta vabanevat või nõutavat energiat. Seega on R ühe mooli gaasi soojusmahtuvus

40 Reaalse gaasi molekulid tõmbuvad/tõukuvad, omavad ruumala ja
molekulide-vahelised põrked on mitteelastsed. Sarnasus on kleepuvate piljardikuulidega: suurtel kiirustel kleepumisjõud põrgetel ei ole tähelepandavad, kuid väikestel kiirustel kuulid võivad kokku kleepuda (“kleepunud” gaasi molekulid = vedelik). Reaalse gaasi olekuvõrrand (ν moolide jaoks) sisldab parandeid, mis arvestavad molekulide ruumala ja omavahelist tõukejõudu (mis suurendab ruumala, b) ja tõmbejõudu (ja vähendavad rõhku, av2/V2). Reaalgaas Ideaalgaas

41 1 M (sest 1 mol oli 24 l, kui 24 l suruda kokku 24 korda saate 1 l)
Arvutage õhu, õhu O2 ja N2 molaarsed kontsentratsioonid Toatemperatuuril ja atmosfäärirõhul. 1 mol l x mol l x = 1/24 M ~ 41.7 mM Õhus on 21% O2 ja 78% N2. Nende molaarsed kontsentratsioonid on: 41.7 mM · 0.21 = 8.8 mM (O2) 41.7 mM · 0.78 = 32.5 mM (N2) Kui toatemperatuuril õhk suruda kokku 24 atm all, siis tema kontsentratsioon oleks … 1 M (sest 1 mol oli 24 l, kui 24 l suruda kokku 24 korda saate 1 l)

42 14. Kas ideaalset gaasi saab kokku surudes veeldada
14. Kas ideaalset gaasi saab kokku surudes veeldada? …ei……… Põhjendage oma arvamust. Surumisel tulevad arvesse molekulide vastasmõjud ja suurus. Ideaalsel gaasil nad puuduvad Füüsikas nimetatakse vabadusastmeks igat muutujat, millega on seotud energia Keha poolt neelatud soojusenergia jaotub tasakaaluolekus (st pärast piisavalt pikka ootamist) kõigi võimalike liikumise vabadusastmete vahel, avaldudes keha soojusmahtuvuses. Soojus on energia ülekande viis, mille põhjuseks on kehade temperatuuride erinevus Vedeliku aurustumine toimub kuni tasakaalu (küllastava aururõhu) saavutamiseni. Siis vedeliku pinnalt lahkub ja langeb tagasi võrdne hulk vedeliku molekule.

43 Difusioon Molekulide kiirus toatemperatuuril üle 400 m/s ja põrkumisteta kataksid nad ka sellesama vahemaa sekundi jooksul. Tegelikult nad põrkuvad ja muudavad liikumise suunda iga 100 nm järel, mille tulemusena nende tegelik edasiliikumine ruumis on juhuslik ja tunduvalt aeglasem. Aga nad liiguvad siiski ja niisugune molekulide juhuslik ümberpaiknemine ruumis kannabki nimetust difusioon. Difusioonil on bioloogias suur tähtsus, olles peamine ainete transpordi mehhanism raku piires, samuti taime ja keskkonna vahel. Difusiooniprotsessis molekulid liiguvad juhuslikult igas suunas. Seejuures kõrgema tihedusega (kontsentratsiooniga) piirkondadest eemale toimub liikumine suurema tõenäosusega Niimoodi toimub difusiooni käigus aine kontsentratsiooni ühtlustumine.

44 Difusioon On loogiline, et molekulide difusiooniline ümberpaiknemine ruumis toimub seda kiiremini, mida kiiremini molekulid liiguvad ja mida suurem on keskmine põrgetevahelise vaba tee pikkus. Kontsentratsiooni ühtlustumine toimub seda kiiremini, mida järsem on kontsentratsiooni muutus ruumis, s.t., mida suurem on kontsentratsiooni gradient. Gradient on mingi pideva suuruse muutumise kiirus ruumi koordinaadi järgi. Näiteks toome valemi difusioonikiiruse kohta silindrilises torus, kus ühes otsas hoitakse kontsentratsiooni C1 ja teises otsas C2, toru pikkus on l ja ristlõikepindala on s: Difusioonikonstant D aga iseloomustab difundeerivat ainet ja difusioonitingimusi: D on sõltuv molekulide lineaar-keskmisest kiirusest ja vaba tee pikkusest, kordaja 1/3 tuleneb jällegi sellst, et liikumist vaadeldakse iga koordinaadi suunas eraldi.

45 Küsimus: Difusioonikonstanti mõõdetakse ühikutes cm2 s-1. Mõtestage lahti tema füüsikaline sisu . Difusioonkonstant iseloomustab difundeeriva aine pilve pindala kasvukiirust (mis punktikujulise allika puhul on kera pind).

46 Kas õhk on hea soojusjuht?
Soojusjuhtivus Kuumast ahjust või radiaatorist soojus nagu difundeeruks laiali. Kuna soojus on põhimõtteliselt molekulide kineetiline energia, siis selle ‘laialidifundeerumine’ tähendab energia ülekannet põrgetel, kus kiiremini liikuvad molekulid jagavad oma energia teiste molekulidega. Nii kujuneb kehas lõpuks üsna ühtlane molekulide kiiruste jaotus. Et soojusjuhtivuse mehhanism on difusioonile sarnane, siis on ka vastavad valemid sarnased. Näiteks soojuse liikumine läbi varda pikkusega l ja ristlõikepinnaga S on kus kontsentratsioonide vahet asendab temperatuuride vahe ja difusioonikonstanti soojusjuhtivuse konstant. Soojusjuhtivuse konstant on difusioonikonstant korrutatud erisoojusega, mis on tihedus korda massiühiku soojusmahtuvus . Kas õhk on hea soojusjuht?

47 Konvektsioon Konvektsioon – aine liikumisega kaasnev soojuse levimine vedelikus või gaasis. Loomulik konvektsioon tekib raskusjõu toimel, sest erisuguse temperatuuriga piirkondades on keskkonna tihedus erisugune. Soojenedes vedeliku või gaasi osad muutuvad kergemaks ja lähevad üles poole, asemele tulevad külmemead ja raskemad osad, tekib vedeliku või gaasi ringlus

48 Töö vormis ülekantav energia (nt hüdroenergia) võib täielikult
(100%) soojuseks muunduda. Soojuse täielik muundumine tööks ei ole TD II seaduse kohaselt võimalik Mateeria (termodünaamilisel) hajumisel on kaks aspekti. Millised? Milline seadus on nende protsessidega seotud? Energia/aine hajumisel on kaks aspekti: 1. Hajumine ruumis 2. Liikumise või ruumilise korrapära kadumine. Näiteks langeva kivi kineetilise energia muutumine soojuseks Maaga kokkupõrkel.

49 Miks ei ole rakud enamasti väga suured ega väga väikesed, vaid just paraja mõõduga?
Kirjutage valem kontsentratsioonide erinevusest tingitud töö jaoks ühe mooli aine kohta Milline füüsikaline tähendus on selle valemi igal liikmel? Mis on termodünaamilise süsteemi tasakaaluolek? Pange kirja kõik, mis te selle kohta teate. Kuidas sõltub reaktsiooni tasakaal aktivatsioonienergiast? Millest sõltub reaktsiooni kiirus? Milline võiks olla üherakulise organismi maht liitrites, kui raku läbimõõt on 10 mikromeetrit ja rakku võib lugeda kerakujuliseks. Oletame, et see rakk on täidetud ainult veega.Mitu vee molekuli selline rakk sisaldab? 3. (a) Vesilahuse kontsentratsioon on 0.4 M. Mitu vee molekuli tuleb selles lahuses keskmiselt ühe molekuli lahustunud aine kohta? 3. (b) Kui palju tööd tehakse toatemperatuuril toimuvates reaktsioonides, kus kontsentratsioonide erinevus muutub 1000 korda? Mis on van der Waalsi jõud? Mille vahel nad mõjuvad? Neutraalsete molekulide vahel. Iseloomustage nende tugevust võrreldes teiste teile teadaolevate sidemetega.

50 Valgusel on nii laine kui ka osakese omadusi. Millised nähtused
rõhutavad valguse lainelist olemust? Millistes nähtustes avalduvad aga valguse kui osakese iseloomujooned? Laser võimsusega 100 W kiirgab 500 nm valgust. Mitu footonit seejuures igas sekundis kiiratakse? Plancki konstandiks võtke 6.6×10−34 J·s. E=hν, ν=c/λ, W=J/s

51 Vedeliku eriliseks omaduseks on tema pind
Vedeliku eriliseks omaduseks on tema pind. Miks servale asetatud münt alati vees upub, aga hoolikalt lapiti asetatud münt mitte (vt joonist)? 19. Võrrelge pika aja jooksul Päikeselt Maale kiiratud energiahulka Maa poolt maailmaruumi kiiratud energiahulgaga. Selgitage oma mõttekäiku. Mis on Faraday arv? 1 mooli elektronide laeng ·1023 · · = J/mol Millistes ühikutes teda mõõdetakse? Nimetage termodünaamika seadusi. Tooge asjakohaseid näiteid olukordade kohta, kus nad avalduvad.

52 Nimetage bioloogias olulisi transpordinähtusi. Mida iseloomustab
difusioonikonstant? Mis ühikutes teda mõõdetakse? Mis on ühist difusiooni ja soojusjuhtivuse vahel? Mis neid eristab? Transpordinähtusi põhjustab mingi intensiivse parameetri erinevus kahe ruumipunkti vahel. Millise suuruse gradient põhjustab voolamist?(rõhkude erinevus) Aga difusiooni?(kontsentratsioonide erinevus)

53 Vaakuumis kehtib lainepikkuse  ja sageduse  vahel (milline?) seos.
Kuidas see valem muutub, kui elektromagnetiline laine levib aines? Mis on spekter? Aga nähtav spekter? Nimetage bioloogias olulisi transpordinähtusi. Mida iseloomustab difusioonikonstant? Mis ühikutes teda mõõdetakse? . Molekulidevaheline kaugus jääs on suurem/väiksem kui vees (vale läbi kriipsutada)? Milles seisneb selle nähtuse bioloogiline tähtsus?……

54 3. Mis on raku energiseerimine
3. Mis on raku energiseerimine? Ioonide ja molekulide pumpamine läbi rakumembraani vastu nende kontsentratsiooni gradienti Kas selle käigus kulutatakse / vabastatakse (vale vastus maha kriipsutada) energiat? 6. Mis on toit? Kvaliteetse energia ja kasutuskõlblike molekulide allikas, mida on vaja elutegevuse läbiviimiseks Millistest põhimolekulidest moodustub imetajate toit? C, H, O 10. Vedeliku eriliseks omaduseks on pind. Mille poolest pinnal paiknevad molekulid erinevad neist molekulidest, mis paiknevad vedeliku sees ? Millised efektid sellest tulenevad?

55 Kirjeldage raku energiaallikaid.
Kuidas vaba energia rakus salvestatakse? Raku energiseerimine seisneb ioonide ja molekulide pumpamises läbi rakumembraani vastu nende kontsentratsiooni gradienti suurema kontsentratsiooni suunas. Selleks on vajalik väline energiaallikas.

56 Mis on osmoos? Osmootse rõhu arvutamisel kasutatakse ideaalgaasi
võrrandit. π = i c RT Millistel tingimustel on selle valemi rakendamine õigustatud? C<1M Kui suured on tüüpiliselt metaboliitide (biokeemiliste ainete) molaarsed kontsentratsioonid rakkudes? mM On see suur või väike kontsentratsioon? Millega tuleks seda arvu võrrelda? ½ kuloniline laeng liikus läbi mitokondri membraani (membraanipotentsiaal 0.1 V) potentsiaali alanemise suunas. Kas sellel protsessil neelati või vabanes energiat? Kui palju?

57 Pindpinevus

58 Pindpinevus avaldub selles, et pind püüab võimalikult
väheneda / suureneda (vale maha tõmmata). Mis on selle nähtuse füüsikaliseks põhjuseks?………………...

59 Vedelikud Vedelik säilitab ruumala, kuid ei säilita kuju.
Erinevalt gaasist, vedelikul on pind Tahke keha säilitab ruumala ja kuju Gaas ei säilita kuju ega ruumala

60 Kass kui vedelik? Voolab purki ja võtab pugi kuju...
Vedelikuna on aine voolav ja selle kuju on tavaliselt piiritletud anuma kujuga, mida ta täidab.

61 Vedelike iseloomustavad nende füüsikalised omadused/parameetrid:
- molekulidevahelised tõmbejõud > RT, molekulid lähestikku, - molekulid ajutiselt moodustavad domeene, kuid ei moodusta jäika struktuuri - tihedus, väike kokkusurutavus - soojuspaisumine - agregaatoleku muutmine, jäätumine/aurustumine (aurumissoojus) - keemine, keemise temperatuurid - voolamine, viskoossus - difusioon - pindpinevus - pindade märgamine, kapillaarsus - rõhk, ülelükkejõud Veeaur Vesi

62 Joonistage tüüpilise aine faasidiagramm ja tähistage seal
iseloomulikud punktid

63 Pumba imemise kõrgus Ülal asuva imeva pumbaga on võimalik
tekitada kaevutorus alarõhk. Kaevus olevale vabale veepinnale suruv atmosfäärirõhk sunnib veesamba torus tõusma, kuid ainult kuni kõrguseni, mil veesamba rõhk võrdub atmosfäärirõhuga. Kui kolb kerkib edasi, siis rõhk torus langeb küllastuva veeauru rõhuni antud temperatuuril (23 mb toatemperatuuril), vesi hakkab kiiresti aurama (keema) ja toru kõrgem osa täitub veeauruga, mitte vedela veega. Teoreetiliselt on seega imeva pumbaga võimalik veesammast tõsta kuni rõhuni = 990 mb = umbes 10 m. Praktiliselt töötavad imevad kaevupumbad umbes kuni 8 m sügavuseni.

64 Miks vihma ajal ei tohi telgi katust või vihmavarju pinda
altpoolt katsuda? Vesi ripub niitide vahel ja teda hojab kinni pindpinevus. Altpoolt puudutamisel, vesi märgab kätt ja katuse sisepinda ning hakkab läbi tilkuma.

65 Mullid Kumera pinna all (nt pildil olevate mullide sees) peab olema lisarõhk, et mull/õõnsus ei kollapseeruks, kuna vedeliku pind püüab väheneda ja teda kokku suruda. Teadusliku täpsuse huvides tuleb eristada õõnsust (cavity) (nt auruga täidetud õõnsus keevas vees), mulli (nt seebimull, bubble) ja tilka (droplet ). Õõnsusel (nagu ka tilgal) on erinevalt kilest või mullist vaid üks eralduspind vedeliku ja gaasi vahel. Õõnsuses tekkiva lisarõhu valem on: (valemi tuletamine loengu konspektis) Kus r õn tilga/õõnsuse raadius ja α – pindpinevuskoefitsient. Mullil on kaks pinda, üks kummalgi pool vedelikukilet. Mullil ka rõhk peab olema 2 korda suurem. p = 4α / r

66 41. Füsioloogiline lahus on 0
41. Füsioloogiline lahus on 0.9% soolalahus, kus 1 kg lahuses on 9 g keedusoola NaCl. Kui suur on füsioloogilise lahuse osmootne rõhk? NaCl molekulmass on = 58 g mool-1. Seega on füsioloogiline lahus 9/58 = M. Arvestades, et Na+ ja Cl- dissotsieeruvad täielikult, tuleb osmootse rõhu arvutamisel arvestada mõlema iooni panusega eraldi. Seega on lahus ekvivalentselt 0.31 M. Toatemperatuuril on niisuguse lahuse osmootne rõhk 24 x 0.31 = atm ehk 7.44x0.1013=0.754 MPa

67 43. Kevadel voolab kasetüves mahl, milles on lahustunud 120 g sahharoosi (molaarmassiga 342 Daltonit) liitri kohta. Kui kõrgele tõuseb mahl eeldusel, et juurte pinnal on ideaalsed pool-läbilaskvad membraanid ja maapinnas on vett vabalt saada. Tasakaalu tingimus: Mahla samba raskusest tingitud rõhk = osmootne rõhk: p= ρgh. 120 g sahharoosi liitris on 0.3M lahus, mille osmootne rõhk on 7.2 atm. Veesamba rõhk on umbes 10 m atmosfääri kohta, seega vesi tõuseks kuni 72 m kõrgusele.

68 Teivashüppaja massiga 80 kg ületab oma raskuskeskme suhtes kõrguse 450 cm. Millise vähima kiirusega peab ta ennast maast lahti rebima? Mitu mooli ATP tuleb hüppel hüdrolüüsida, kui lihaste mehaaniline kasutegur on 30% ja ATP hüdrolüüsienergia on 35 kJ mol-1?

69 Mis on seisvad lained ja mille poolest nad tavalistest
(ehk jooksvatest) lainetest erinevad? Seisvad lained on osakeste võnkumised, mis ei liigu ruumis edasi ja ei kanna edasi energiat Gaasi olekuparameetrite vahelist seost kirjeldab olekuvõrrand. Milline? pV=nRT Mis ühikutes võrrandis olevaid olekuparameetreid mõõdetakse? . . Mille poolest erinevad ideaalne ja reaalne gaas? Valgusel on nii laine kui ka osakese omadusi. Millised nähtused rõhutavad valguse lainelist olemust? Millistes nähtustes avalduvad aga valguse kui osakese iseloomujooned?

70 45. Miks näib päike õhtutaevas punane?
Maa raadius on 6400 km, 80% atmosfääriõhust on 10 km paksuses kihis. Õhtul ja hommikul vaatame Päikest läbi 5x troposfääripaksuse õhukihi. Hommikul on õhk puhas, õhtul niiske ja tolmune.

71 Milles seisneb kasvuhoone efekt?
Millised on põhilised kasvuhoone efekti põhjustavad gaasid ja nende ligikaudne osatähtsus? Võrrelge pika aja jooksul Päikeselt Maale kiiratud energiahulka Maa poolt maailmaruumi kiiratud energiahulgaga. Selgitage oma mõttekäiku. Soojusmasina kasuteguri valem. Kuidas muutub ajast difusioonil läbitud tee pikkus (esitage valem)? Hinnake difusioonikonstandi väärtust rakkudes.

72 Edu eksamil!