Gratis energi och stabilitet:
* lägre fri energi =högre stabilitet: Ett system med lägre fri energi är mer stabilt. Detta innebär att det är mindre troligt att spontant förändras eller reagera. Tänk på en sten i botten av en kulle - den har lägre potentiell energi och är mer stabil än en sten som ligger på toppen.
* spontana processer minskar fri energi: Processer som förekommer spontant (utan extern inmatning) resulterar alltid i en minskning av systemets fria energi. Detta är en grundläggande princip för termodynamik.
* Jämvikt: Ett system är i jämvikt när dess fria energi är på ett minimum. Detta innebär att systemet är i sitt mest stabila tillstånd och inte kommer att genomgå ytterligare spontan förändring.
Gratis energi och arbetsförmåga:
* Gratis energi representerar den maximala arbetet som ett system kan göra: Förändringen i fri energi (ΔG) representerar den mängd energi som är tillgänglig för att göra användbart arbete.
* negativt ΔG =arbete utförs av systemet: Om ΔG är negativt släpper systemet gratis energi och kan utföra arbete på omgivningen. Detta är en exergononisk process. Exempel:
* Cellulär andning:Glukosnedbrytning släpper ut fri energi, som används för att syntetisera ATP (adenosintrifosfat), cellernas energiburuta.
* Förbränning av bränsle:Förbränning av bränslen släpper ut fri energi för att producera värme- och drivmotorer.
* positivt ΔG =arbete krävs för processen: Om ΔG är positivt kräver systemet energiinmatning för att fortsätta. Detta är en endergonisk process. Exempel:
* Proteinsyntes:Celler måste investera fri energi för att skapa nya proteiner från aminosyror.
* Fotosyntes:Växter kräver energi från solljus för att omvandla koldioxid och vatten till glukos.
Nyckelkoncept:
* entalpi (h): Den totala energin i ett system, inklusive intern energi och tryckvolymarbete.
* entropi (er): Ett mått på störning eller slumpmässighet i ett system.
* Temperatur (t): Ett mått på partiklarnas genomsnittliga kinetiska energi i ett system.
Förhållandet:
Gibbs Free Energy -ekvation relaterar dessa koncept:
ΔG =ΔH - TΔS
* ΔH är förändringen i entalpin.
* ΔS är förändringen i entropi.
* t är temperaturen i Kelvin.
Sammanfattningsvis:
Fri energi är ett grundläggande koncept inom termodynamik som förbinder stabilitet och arbetsförmåga. Genom att förstå förhållandet mellan fri energi och dessa koncept kan vi förutsäga riktningen för spontana processer och analysera energikraven för olika reaktioner och processer i biologiska system.
