Varsti on eksam!

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 96500 C mol-1 c 3 108 m s-1
3
Hiina tähestikus on 10000 hieroglüüfi. Mitmekohal
ist kahendarvu tuleks nende kodeerimiseks
kasutada?
loga xa a 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. 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 2? 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? 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. Järjestage nad tugevuse
  järjekorras.
• Mille kohta käib DeBroglie valem ?
  Mis on ? 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 2000 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 ?n 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. Kui EB lt EA, kas siis
(vale variant maha tõmmata, tähistab
kontsentratsiooni) B lt A või B gt A ? Kui
EB gt EA , siis B lt A või B gt 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 500
-1000 kJ/mol (200-400 RT) Vesiniksidemete
enrgia 20-30 kJ/mol
(10 RT) Membraani potentsiaalide vahed
50-150 mV (2-6 RT) Punase valguskvandi
(680nm) energia 1.8 eV (71.1 RT
) Mehaanilise töö mõttes W2 pN 2nm 4
10-21 J1kT
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
(No Transcript)
23
(No Transcript)
24
(No Transcript)
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
Termodünaamika
3. Mis on energia? energia on mateeria liikumise
ja vastastikmõju üldistatud kvantitatiivne mõõt,
Emc2, Eh? Formuleerige energia jäävuse seadus
..............
Lahusti aururõhk lahuse kohal on madalam tema
aururõhust puhta lahusti kohal
29
. 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, ?G) 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? 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 JK-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 Jkg-1K-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
• (Ekmv2/2).
• 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 piljardikuul
idega suurtel kiirustel kleepumisjõud põrgetel
ei ole tähelepandavad, kuid väikestel kiirustel
kuulid võivad kokku kleepuda (kleepunud gaasi
molekulid vedelik). Reaalse gaasi olekuvõrrand
(? 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
Arvutage õhu, õhu O2 ja N2 molaarsed
kontsentratsioonid Toatemperatuuril ja
atmosfäärirõhul. 1 mol ........ 24 l x mol
........ 1 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? 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
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 6.610-34
Js. Eh?, ?c/?, WJ/s
51
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 6.022 1023 1.602 10-19
96500 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? 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. p i c
RT Millistel tingimustel on selle valemi
rakendamine õigustatud? Clt1M 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 gt 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 1013-23 990 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 a
pindpinevuskoefitsient. Mullil on kaks pinda,
üks kummalgi pool vedelikukilet. Mullil ka rõhk
peab olema 2 korda suurem.
p 4a / r
66
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 23 35 58 g mool-1. Seega on
füsioloogiline lahus 9/58 0.155 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 7.44 atm ehk
7.44x0.10130.754 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 ?gh.
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? pVnRT 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!