معلومة

A. التفاعلات وتغيرات الطاقة - علم الأحياء

A. التفاعلات وتغيرات الطاقة - علم الأحياء


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

لماذا تختلف التفاعلات في المدى من لا رجعة فيه تمامًا في التفاعل الأمامي إلى التفاعلات العكسية التي تفضل المواد المتفاعلة؟ قد يكون من المفيد فهم تفاعل فيزيائي بسيط قبل أن نجرب تفاعلات كيميائية أكثر تعقيدًا.

كرة على تل. هل تتدحرج كرة على قمة تل منحدرًا تلقائيًا ، أم العكس يحدث؟ لم يسبق لأحد أن رأى كرة تتدحرج بشكل تلقائي ما لم تتم إضافة الكثير من الطاقة إلى الكرة. يبدو أن هذا التفاعل الجسدي لا رجوع فيه ، ويحدث لأن الكرة لديها طاقة وضع أقل في أسفل التل مما هي عليه في الجزء العلوي. الفجوة في الطاقة الكامنة مرتبطة بـ "مدى" وعفوية هذا التفاعل. كما لاحظنا من قبل ، تميل الطبيعة إلى الانتقال إلى حالة طاقة أقل. بالقياس ، سوف نعتبر أن القوة الدافعة للتفاعل الكيميائي هي فرق الطاقة الحرة ، ΔG ، بين المواد المتفاعلة والمنتجات. يحدد ΔG مدى وعفوية التفاعل.

الرسوم المتحركة: كرة على التل - ما تراه دائمًا!

الرسوم المتحركة: كرة على تل - ما لم تره من قبل!

التفاعلات العكوسة / غير القابلة للعكس ، مدى التفاعلات ، التوازن: ضع في اعتبارك تفاعلًا عكسيًا افتراضيًا تبدأ فيه ببعض المواد المتفاعلة ، A و B ، كل منها بتركيز 1 م (1 مول من كل محلول / لتر). ولكن لا توجد منتجات ، P و Q. لسهولة افترض أن الحجم الإجمالي للحل هو 1 لتر ، بحيث نبدأ بـ 1 مول لكل من A و B. في الوقت t = 0 ، يكون تركيز المنتجات 0. يمكن كتابة التفاعل على النحو التالي:

[ mathrm {A + B leftrightarrow P + Q} ]

مع تقدم الوقت ، تنخفض كميات أو تركيزات A و B مع زيادة كميات أو تركيزات المنتجات P و Q. في وقت ما ، لا تحدث تغييرات أخرى في كمية أو تركيزات المواد المتفاعلة المتبقية أو المنتجات. في هذه المرحلة يكون رد الفعل في حالة توازن ، وهو مصطلح يستخدم غالبًا في مفرداتنا الشائعة للإشارة إلى نظام لا يخضع لأي تغيير صاف.

تحدث معظم التفاعلات التي سنقوم بدراستها في المحلول ، لذلك سنتعامل مع التركيزات (بالمول / لتر أو المليمول / مل = م). لنفكر في كيفية تغير تركيز المواد المتفاعلة والمنتجات كدالة زمنية. اعتمادًا على مدى انعكاس رد الفعل ، يمكن تخيل 4 سيناريوهات مختلفة:

السيناريو 1: رد فعل لا رجعة فيه يحدث فيه رد الفعل العكسي إلى حد ضئيل.

في رد الفعل هذا ، يحدث رد الفعل العكسي إلى حد ضئيل يمكننا إهماله. التفاعل الوحيد الذي يحدث هو تحويل المواد المتفاعلة إلى منتج. ومن ثم يتم تحويل جميع المواد المتفاعلة إلى منتج. عند التوازن [A] = 0. نظرًا لتفاعل 1 مول من A ، يجب أن تشكل 1 جزيء جرامي من P و 1 جزيء جرامي Q - أي أن تركيز المنتجات عند التوازن هو 1 M. في وقت سابق من التفاعل ، (دعنا نختار الوقت عندما [A] = 0.8 M) ، تفاعل جزء فقط من المواد المتفاعلة (في هذه الحالة 0.2 M) ، مما أدى إلى إنتاج كمية متساوية من المنتجات ، P و Q. الرسوم البيانية لـ [A] و [P] كدالة للمؤقت موضحة أدناه. [A] ينخفض ​​بطريقة غير خطية إلى 0 M بينما يزيد [P] بطريقة متبادلة إلى تركيز 1 M. هذا موضح في الرسم البياني أدناه.

أمثلة على التفاعلات التي لا رجعة فيها هي تفاعلات الأحماض القوية (النيتريك ، الكبريتيك ، الهيدروكلوريك) مع القواعد (OH- والماء) ، أو تفاعلات الاحتراق مثل احتراق السكريات (مثل الأشجار) والهيدروكربونات (مثل الأوكتان) لتكوين ثاني أكسيد الكربون و H2O.

السيناريو 2: رد فعل عكسي يُفضل فيه رد الفعل الأمامي.

مرة أخرى ينخفض ​​[A] ويزيد [P] ، ولكن في هذه الحالة ، يتبقى بعض A لأن التفاعل قابل للانعكاس. مع انخفاض [A] و [B] ، تزداد [P] و [Q] ، مما يزيد من فرصة تصادمهما وتشكيل المنتج. نظرًا لأن P و Q يمكن أن يتفاعلا لتكوين المواد المتفاعلة ، فإن [A] عند التوازن ليس صفرًا كما هو موضح أدناه.

السيناريو 3: رد الفعل العكسي حيث يتم تفضيل التفاعلات الأمامية والعكسية بشكل متساوٍ.

مرة أخرى ينخفض ​​[A] ويزيد [P] ، ولكن في هذه الحالة ، يتبقى بعض A لأن التفاعل قابل للانعكاس. مع انخفاض [A] و [B] ، تزداد [P] و [Q] ، مما يزيد من فرصة تصادمهما وتشكيل المنتج. نظرًا لأن P و Q يمكن أن يتفاعلوا مع المواد المتفاعلة ، فإن [A] عند التوازن ليس صفرًا كما هو موضح أدناه. نظرًا لأن المواد المتفاعلة والمنتجات مفضلة بشكل متساوٍ ، فإن تركيزاتها ستكون متساوية عند التوازن.

السيناريو 4: رد فعل عكسي يفضل فيه رد الفعل العكسي.

مرة أخرى ينخفض ​​[A] ويزيد [P] ، ولكن في هذه الحالة ، يتبقى بعض A لأن التفاعل قابل للانعكاس. لأن التفاعل يفضل المواد المتفاعلة. سيكون تركيزهم أعلى عند التوازن من المنتجات.

مثال على هذا النوع من التفاعل ، الذي يفضل المواد المتفاعلة ، هو تفاعل حمض الأسيتيك (حمض ضعيف) مع الماء.

[ mathrm {CH_3CO_2H (aq) + H_2O (l) Leftrightarrow + H_3O ^ + (aq) + sideet {} {_ {2} ^ {-}} {CH_3CO} (aq)} ]


تفاعلات الديناميكا الحرارية وطاقة جيبس ​​الحرة

قم بتنزيل الفيديو من iTunes U أو Internet Archive.

لقد أكدت في المحاضرة الأولى ، كما تعلمون ، أن هناك الكثير من الأشياء التي تحدث فقط في حياتك العادية. رأيت مثالين على ذلك. بالأمس بوسطن غلوب ، فقط على الصفحة الأولى كان هناك اكتشاف حول "اكتشاف خلايا القلب يثير آمال العلاج". أعلن علماء ، أمس ، عن اكتشاف خلايا في القلب يمكن أن تخلق خلايا عضلية جديدة ، مما أثار الآمال في أن الأطباء قد يجدون طرقًا جديدة ومثيرة لعلاج أمراض القلب. أظهر الفريق أن الخلايا ، التي تشبه الخلايا الجذعية ، يمكن أن تتوسع من بضع مئات فقط في طبق المختبر إلى أكثر من مليون. ويمكن أن تكون هذه هي العضلات النابضة التي تمد القلب بالطاقة. لذلك عندما كنا نتحدث عن انقسام الخميرة ونقول كيف تصبح خلية واحدة خليتين ، فهذا مبدأ عام طوال الحياة أن الخلايا تأتي من خلايا أخرى وتنقسم. وسنرى العلاقة مع ذلك مع تكرار الحمض النووي ونحن نمضي قدما. في حالة الخميرة ، كما قلت ، فهي دائمًا متشابهة. ذريتك هي نفسها دائما. لكن في شيء مثل خلايانا نبدأ كخلية واحدة مخصبة ولكن في مكان ما على طول الطريق يجب أن تصبح الخلايا متخصصة. لذا فإن الخلايا الجذعية المبكرة هي الخلايا الجذعية الجنينية. لديهم القدرة على أن تصبح أي خلية في الجسم. ولكن في مرحلة ما ، في أحد هذه الانقسامات الخلوية ، يجب أن تبدأ الخلايا في أن تصبح أكثر تخصصًا. وعلى سبيل المثال ، قد يكون هذا أحد النسب الذي قد يؤدي إلى عضلة القلب أو أن يصبح عصبًا أو شيء من هذا القبيل. وعند هذه النقطة تفقد قدرتها على أن تصبح أي خلية في الجسم. وفي كثير من الحالات بحلول الوقت الذي تخرج فيه في النهاية إلى الخلية النهائية التي تتكون منها العضلة أو العصب أو شيء ليس لديه القدرة على التجدد. لهذا السبب ، على سبيل المثال ، إصابات الحبل الشوكي مدمرة للغاية لأن الأعصاب في هذه المرحلة لا يمكن تجديدها. أو مرض قلبي يصاب بقلب تالف نحن عالقون. هذا هو السبب في أن هذه النتيجة مثيرة. لأنه يبدو أن هناك على الأقل عدد قليل من الخلايا في القلب التي لديها القدرة على تجديد المزيد من عضلة القلب. الآن ، هذا مبكر. لم يتم إثبات أنها خلية جذعية بشكل صارم. ولكن هناك مثال من مقدمة صحيفة الأمس حول شيء كنا نلمح إليه فعليًا في الفصل. كان هناك أيضًا مقال حول اختبار الإيدز. مرة أخرى ، كما تعلم ، نحن نتحدث أكثر عن فيروس HIV-1. وبعد ذلك اليوم على الصفحة الأولى من بوسطن غلوب مرة أخرى "رومني ترسم النار على الخلايا الجذعية". ويمكنك أن تنظر إلى هذا. لكن ، كما تعلمون ، هو يحاول نوعًا ما ، على ما أعتقد ، بين كونه داعمًا للبحث من ناحية ومخاوف المحافظين واليمين الديني من ناحية أخرى ، وهو يثير النيران من كلا الجانبين. لكنها قضية موجودة في مجتمعنا اليوم. يُتوقع منك أن تتخذ قرارات بشأنها ، وأن تعرفها وتفهمها. أنا فقط أحاول أن أعود إلى المنزل وأن ما نتحدث عنه لا يحدث في فراغ. لم يرسل لي أحد عبر البريد الإلكتروني فكرة عما حدث هنا. لقد عرضت عليك هذا الفيلم الصغير. هذا هو الماء الذي يتم تبريده تحت درجة التجمد ولكنه لم يشكل بلورات ثلجية ، ولكن إذا وضعنا القليل من هذه الحقن الكاذبة فيه ، فبطريقة ما تحول هذا الماء المبرد إلى جليد. وقلت لكم إنه بروتين على السطح. لا أحد لديه أي أفكار. فلماذا لا تلجأ إلى أي شخص قريب منك ويمكنك التحدث عنه لمدة 30 ثانية ومعرفة ما إذا كان بإمكان أي شخص طرح فكرة عن السبب. حسنا؟ لن أنظر. كما تعلم ، فقط تفضل. تحدث إلى شخص ما وتوصل إلى فكرة. نعم. حسنا دعنا نري. هل تمكنا من الحصول على أي أفكار؟ أي شخص لديه الشجاعة لمحاولة تخمين ما قد يفعله هذا البروتين؟ استميحك عذرا؟ إنه جزيء غير قطبي. إنه لا يزعج الروابط. إنها فكرة مثيرة للاهتمام. هل لديك فكرة إذن ، هل أنت قادر على تمديد ذلك لسبب بدء تكوين الجليد؟ أعني أنه من المؤكد أن الروابط غير القطبية تتداخل نوعًا ما مع الماء. هذا شيء تحدثنا عنه. لنرى. أي أفكار أخرى؟ نعم؟ هذه نسخة من نفس الفكرة ، على ما أعتقد ، كارهة للماء لأنك تعتقد أنها تريد صد الماء ودفعه معًا. ذلك مثير للاهتمام. أنت تقترب نوعًا ما من هذه الأمور. نعم؟ ذلك هو. إذا كنت ستصمم بروتينًا يمكنه بشكل أساسي ربط جزيئات الماء في شبكة تحاكي ما وجدته في الجليد ، فستظهر جزيئات الماء وترتبط بهذه الجيوب الصغيرة في البروتين ، ثم حقل صغير من جزيئات الماء المستقرة التي بدت إلى جزيء الماء التالي كما لو كان جزءًا من بلورة جليدية. وهذه بالفعل هي الطريقة التي تقوم بها تلك البكتيريا بهذه الحيلة. يطلق عليه بروتين نواة الجليد. ويقومون بأشياء مثل أخذ هذه البكتيريا ووضعوها في أشياء مثل عندما تقومون بتجميد الثلج ، تضعون هذا ثم ترشون الماء فائق البرودة ، وهذا يجعله يتحول إلى بلورات ثلجية ومن ثم يساعدك في الحصول على ثلج جميل لمنتجعات التزلج والأشياء. هذه واحدة على الأقل من المجالات التي يتم استخدامها فيها. نعم. لذا سأريكم هذا الفيلم مرة أخرى. هذه مجرد خميرة الخباز ، saccharomyces cerevisiae ، نوع من الخميرة أحادية الخلية التي تستخدم في خبز الخبز أو صنع البيرة. وها نحن نرى الخلايا تنقسم. وهذا النوع الخاص من الخميرة لديه طريقة لعمله ، إنه نوع من البراعم للابنة بعيدًا عن الجانب. البعض يضاعف ثم ينقسم إلى المنتصف. لكن يمكنك أن ترى ما يحدث. يحدث الكثير من نمو الخلايا. والمسألة التي سنتناولها الآن هي من أين تأتي الطاقة اللازمة للقيام بذلك؟ أنت تعلم من تجربتك الخاصة أن بناء الأشياء ، لجعل الأشياء تتطلب طاقة. لا يمكنك إنشاء جسر ، لا يمكنك إنشاء مبنى ، لا يمكنك بناء شريحة كمبيوتر دون وضع الطاقة بطريقة ما. أنت تأخذ مجموعة من المواد في الكون وترتيبها بطريقة محددة جدًا ، مما يؤدي إلى تكوين جهات اتصال جديدة لن أكون هناك. إنها عملية تتطلب طاقة. وسأتحدث اليوم عن مصدر هذه الطاقة. ثم أريد أن أخبركم قليلاً ، مجرد شيء تاريخي موجز للغاية على طول الطريق ، لأن النقطة التي أكدتها هنا هي أن علم الأحياء هو علم تجريبي. والعديد من أعظم الاكتشافات لم يكن بسبب أن أحدهم كان لديه الفكرة ثم خرج لإثباتها. في كثير من الأحيان لم نفهم حتى كيف يعمل. وكان شخص ما يبحث في ظاهرة ، ووجد بعض الأشياء الغريبة ، ثم بدأ في الحصول على رؤى. وكانت الأفكار هي ما أدى بعد ذلك إلى زيادة أساسية في فهمنا. وهذا القليل من التاريخ يتضمن بعض الأسماء التي تراها في مباني معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا هنا. الأول هو لافوازييه وهو عالم فرنسي. وكان يدرس ما حدث عندما تم تحويل العنب إلى نبيذ ، وهو موضوع جيد لعالم فرنسي أن يدرسه. لذا ، في الأساس ، ما كان يدرسه هو تحويل الجلوكوز إلى جزيئين ، معذرةً ، من - - الإيثانول وجزيئين من ثاني أكسيد الكربون. هذا التحول ، هناك C6H12O6. تذكر أن الكربوهيدرات لها تلك التركيبة. وهكذا كان يدرس ذلك. لقد تمكن من معرفة ما حدث للسكر عندما كنت تصنع النبيذ. وفي تلك اللحظة تم قطع رأسه. أنهى ذلك الجزء من تحقيقه. لكن هذه المشكلة التقطت بعد ذلك من قبل لويس باستور الذي ، مرة أخرى ، اسمه موجود على أحد مباني معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. كما عمل في فرنسا. يوجد معهد باستير في باريس. يوجد متحف جميل في ليل في شمال فرنسا به الكثير من هذا. لكنه نشأ في Arbois وهي بلدة في شرق فرنسا نوعًا ما ، كما ترون من الصورة الصغيرة للقرية ، كانت صناعة النبيذ صناعة رئيسية. لذلك كان مهتمًا بذلك على الأرجح عندما كان طفلاً صغيراً ، على الرغم من أنه ربما لم يكن يرتدي مثل هذا الزي. لكن على اي حال. لذا فإن إحدى المشكلات التي تناولها ، والتي كانت مشكلة حقيقية لمزارعي النبيذ في بلدته الصغيرة وفي فرنسا بشكل عام ، كانت أحيانًا أن يفسد النبيذ. سيخرجون حامضين ولا يمكن أن يكونوا في حالة سكر ، وبعد ذلك ستخسر كل الأرباح التي كانت ستأتي من هذا النبيذ. لذلك كان هناك اهتمام كبير بمحاولة اكتشاف كيفية منع الخمور من التلف. وهكذا بدأ لويس باستير بدراسة هذا. واكتشف أن هناك هذا التحويل الذي تم اكتشافه الآن لاثنين من الإيثانول واثنين من ثاني أكسيد الكربون. لذلك كان هذا تحويل. ونشير إليه الآن بشكل عام على أنه "تخمير". لكن ما اكتشفه بهذا التحويل حدث - إذا كانت الخميرة موجودة. أن معدل هذا التحويل يختلف باختلاف عدد الخميرة ، لذلك يكون أسرع إذا كان هناك المزيد من الخميرة. وتوقفت الخميرة عن النمو - - عندما نفد السكر. إذن ما اكتشفه هنا كان علاقة متبادلة. لم يثبت شيئًا. لقد رأى للتو أنه إذا شاهدت السكر يتحول إلى الإيثانول ، فهناك خميرة حوله ، وإذا كان لديك المزيد من الخميرة ، فإنها تسير بشكل أسرع ، وعندما نفد السكر ، توقفت الخميرة عن النمو. كان هناك شيء متصل هنا. لذلك توصل إلى فكرة أن الخميرة كانت مسؤولة عن هذا التحول الذي كان يحدث عندما صنعت النبيذ. وقد ساعد في ذلك أيضًا لأنه اكتشف بديلاً - - تحويلًا ذهب فيه C6H12O6 بدلاً من ذلك لإعطاء جزيئين من CH3CHOH. هذا الجزيء الذي تعرفه ، حمض الجلاكتيك ، يحتوي أيضًا على C6H12O6 على جانبي المعادلة ولكنه جزيء مختلف. وما وجده هو أن هذا هو حمض اللاكتيك الذي تعرفه كما هو موجود في الزبادي. يجعل اللبن حامض. أو إذا مارست التمارين الرياضية بقوة وكانت عضلاتك مؤلمة ، فذلك لأنك تتراكم حمض اللاكتيك في عضلاتك ، وسأخبرك عن سبب ذلك في المحاضرة التالية. لكن الشيء الآخر الذي أدركه باستير هو أنه عندما حصلت على هذا التحويل البديل لم يكن لديك خميرة ، كان لديك كائن حي آخر. وهكذا كان هذا تقدمًا كبيرًا ذا قيمة عملية فقط لصانعي النبيذ لأنهم كانوا يعلمون أنه يجب أن يكون لديهم خميرة هناك للحصول على النبيذ وكانت هناك مشاكل قادمة عندما دخل كائن حي آخر ليس خميرة إلى هناك وفعل شيئًا مختلفًا مع السكر وتحويله إلى حمض اللاكتيك بدلاً من تحويله إلى إيثانول وثاني أكسيد الكربون. لذلك كان باستور يعمل على حل مشكلة عملية وكان ، كما تعلمون ، تقدمًا كبيرًا حقًا في صناعة النبيذ بالنسبة له للقيام بذلك ، ولكنه أيضًا أدى بشكل غير متوقع إلى مشكلة أخرى. ولهذا السبب كانت الخميرة تفعل هذا؟ لأن أحد الأشياء التي لاحظها لافوازييه والتي لاحظها باستير هو أنك قمت بهذا التحويل. اثنان من الإيثانول بالإضافة إلى اثنين من ثاني أكسيد الكربون. لكن يمكنك حساب كل الكربون والهيدروجين والأكسجين تقريبًا التي بدأت كسكر وبدت وكأنها تقريبًا ظهرت في الإيثانول وثاني أكسيد الكربون. فلماذا كانت الخميرة تفعل هذا؟ وبدأت الفكرة في التطور من ذلك أنه بدلاً من استخدامها لصنع الكتلة الحيوية ، في هذه الحالة كنت تتوقع أن ترى كتلة كاملة في خلايا الخميرة وليس هناك الكثير هنا ، بدلاً من ذلك ، كان معظم هذا السكر كان يستخدم لتوليد الطاقة وبطريقة ما كانت الخلية تحصل على الطاقة اللازمة لكل هذا العمل التركيبي المتضمن في انقسام الخلية عن طريق إجراء هذا التحويل. وهناك علاقة أساسية إذن بين الطاقة الكيميائية وما إذا كان التفاعل يمكن أن يستمر. وسأخوضها في نوع من التفاعل الكيميائي التمهيدي النموذجي الخاص بك ، A زائد B الذهاب إلى C زائد D. كما تعلمون ، هناك فئات معينة من التفاعلات التي ستنتهي تقريبًا. ربما يكون هناك مبالغة في القول بأن الأمر سيكمل ، لكنه انتهى هنا بشكل فعال. هذه ردود فعل لا رجعة فيها ، وهناك بالتأكيد بعضها. إذا كان لديّ هيدروجين وأكسجين وقمت بإضاءة متطابقة صغيرة ، فأنت تقطع الطريق إلى حد كبير لصنع الماء بطفرة كبيرة كبيرة ولا يوجد هيدروجين أو لا يتبقى الكثير من الهيدروجين والأكسجين على الجانب الآخر. ومع ذلك ، فإن معظم ردود الفعل التي يجدها المرء في الطبيعة لا تتمتع بهذه الجودة. وبدلاً من ذلك ، فإنهم يتقدمون بمعدل معين ويعودون بمعدل آخر. ويصلون في النهاية إلى توازن يتميز بما يعرف بثابت التوازن وهو ناتج تراكيز المنتجات على ناتج تركيز المواد المتفاعلة. وهذه سمة لكل تفاعل كيميائي معين. وعلينا حقًا أن نقلق بشأن هذا في علم الأحياء لأنه إذا كان كل شيء لا رجوع فيه فسيكون ذلك جيدًا ، ولكن من أجل القيام بكل هذا العمل التركيبي ، عليك التعامل مع الكثير من التفاعلات التي لن تكتمل. وكان على الطبيعة أن تكتشف طريقة للقيام بذلك ، بنفس الطريقة التي لا تتجمع بها الجسور والمباني تلقائيًا ، وكان على المهندسين وغيرهم إيجاد طرق لتجميع كل هذه الأشياء معًا. لذا في مستوى ما ترى نفس المشكلة. الآن ، هناك طريقة للتعبير عن هذه الطاقة المرتبطة بتفاعل كيميائي والتي يمكن استخدامها مباشرة لحساب ما إذا كان التفاعل سيذهب وإلى أي مدى سيذهب. والشخص الذي قام بهذا العمل هو شخص آخر موجود في أحد مباني معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. كان [ويلارد؟ Gibbs الذي كان عضو هيئة تدريس كيميائيًا عمل في جامعة Yale في الثمانينيات ، عفواً ، القرن التاسع عشر ، وقد ابتكر تعبيرًا يُعرف الآن باسم "طاقة جيبس ​​المجانية". والمهم في هذه الطريقة في الحديث عن تغير الطاقة المرتبط بالتفاعل الكيميائي أنها لا تأخذ فقط في الاعتبار الطاقة الداخلية للنظام ولكن أيضًا التغير في الفوضى. أو طريقة أخرى لقول ذلك ، لأولئك منكم الذين دخلوا في قوانين الديناميكا الحرارية ، فهي تجمع بين القانون الأول والثاني للديناميكا الحرارية. وعليك أن تفكر في كلاهما إذا كنت ستفكر فيما إذا كان رد الفعل سيذهب. ولا يمكنك قياس الطاقة الحرة المطلقة ولكن يمكنك قياس التغيير. وهذه هي المعادلة. إنه التغيير المرتبط بتفاعل كيميائي يساوي التغيير المرتبط بالتفاعل الكيميائي تحت مجموعة معينة من الظروف القياسية مضروبًا في RT مضروبًا في لوغاريتم تركيز المنتجات مضروبًا معًا على تركيز المواد المتفاعلة. لذلك إذا تمكنا من الذهاب إلى نفس المثال الذي كنا نفكر فيه للتو ، فإن الطاقة تتغير مع هذا التفاعل الذي كنا نفكر فيه سيكون هذا. إذن هذا هو تغير الطاقة - - المرتبط بالتركيزات - - المواد المتفاعلة والمنتجات التي ندرسها. هذا هو تغير الطاقة في ظل المعيار ، أو مصطلح الشروط القياسية حيث كل شيء ، كل متفاعل ، كل منتج موجود تحت تركيزات مولارية واحدة. لذلك ليس شيئًا قد تجده في معظم الحالات ، ولكنه إطار مرجعي. ثم هذا هو ثابت الغاز العام - وهو يساوي مرتين في عشرة أس ناقص ثلث سعر حراري لكل مول لكل درجة كالفن ، وهي درجة الحرارة المطلقة. هذه هي درجة الحرارة بدرجات كالفن. ودرجة الحرارة لمعظم الأحياء ، تبلغ معظم الحياة حوالي 25 درجة مئوية ، أي ما يعادل 298 درجة كالفن ، وهو ما يعادل 300 درجة كالفن تقريبًا. لذلك بالنسبة لمعظم - وبما أن المدى الذي يمكن أن تحدث فيه الحياة على مقياس درجة الحرارة المطلق صغير جدًا حقًا ، فإنه يتقلب نوعًا ما بطرق بسيطة جدًا حوالي 25 درجة مئوية ، ثم بالنسبة لمعظم التفاعلات البيولوجية سوف نفكر حول رقم RT هذا حوالي 0.6 كيلو سعر حراري لكل مول. الآن ، يمتلك علماء الكيمياء الحيوية في الواقع شكلًا خاصًا من الطاقة الحرة يستخدمونه ، والذي وضعناه دلتا جي بريموت. وفي هذه الحالة ، تساوي دلتا G Prime دلتا G Prime في ظل مجموعة من الظروف القياسية بالإضافة إلى اللوغاريثم الطبيعي RT لنواتج C فوق المواد المتفاعلة. لكن الافتراض مفاده أن التفاعل في الماء والذي ذكرته قبل قليل هو 55 مولر. نعم؟ هذه هي الدرجة المئوية. لقد عبرت عنها للتو بالدرجات كالفن. آسف. غلطتي. اعذرني. لأنني كنت مخطئا لماذا. نعم. شكرا للقبض على ذلك. حسنا. لذلك الماء مركّز جدًا. وبالتالي في ظل هذه الظروف ، فإن الاتفاقية الأخرى هي أنه يمكنك ضبط أيونات الهيدروجين وجزيئات الماء على واحد. وليس عليك التفكير فيهم عندما نفعل ذلك. هذا هو العرف الذي يفعله علماء الكيمياء الحيوية. الآن ، هذه الطاقة الحرة ، دلتا G التي تعطي طاقة مجانية هي خاصية - - ديناميكية حرارية. وسأشارك معك نفس الصورة المرئية التي حصلت عليها منذ أن كنت طالبًا جامعيًا ، والتي أعتقد أنها ليست طريقة سيئة للتفكير بها في محاولة لفهم ما يحدث ، إذا كان لدينا مخطط للطاقة المجانية كدالة لما يحدث عندما يستمر التفاعل ، بحيث يكون لدينا A زائد B هنا و C زائد D هنا. عندما تنتقل من رد الفعل إلى المنتجات ، بالطريقة التي رسمتها بها ، ينطلق نوع من الطاقة في هذا النوع من التفاعل. وإذا كنت تعلم أنك ستعرف بعد ذلك أن التفاعل سيكون قادرًا على المضي قدمًا لأنه قادر على إطلاق الطاقة بنفس الطريقة التي ينبعث بها الهيدروجين والأكسجين الكثير من الحرارة والأشياء ، وأنت تعلم أن التفاعل يستغرق وقتًا طويلاً حقًا طريقة للانتهاء. لذا يبدو الأمر كما لو كنت هنا في عطلة الربيع على زلاجتك بالفعل للذهاب إلى أسفل التل الماسي الأسود ، كما تعلم ، يمكنك نوعًا من رؤية ما سيحدث. الآن ، نظرًا لأنها خاصية ديناميكية حرارية ، لا يهم المسار الذي تسلكه للوصول من ردود الفعل على المنتجات. لذلك إذا نزلت على منحدر الماس المزدوج أو نزلت من منحدر الأرنب ، فلا يزال لديك نفس القدر من الطاقة الخارجة من التفاعل. وهذا مهم لأنه إذا لم يكن هذا صحيحًا ، يمكنك صنع آلة دائمة الحركة وستكون ثريًا جدًا. الشيء الثاني المهم هو أن الطاقة الحرة ستخبرك بما سيحدث إذا استمر التفاعل ولكنها لن تخبرك ما إذا كان يمكن أن يستمر. إذا قمت بعمل عرض توضيحي هنا وأحضرت بعض الهيدروجين وبعض الأكسجين وقمت بخلطهما معًا في وعاء في مقدمة الفصل ، يمكننا جميعًا الجلوس هنا في انتظار انفجاره. لكن الاحتمال هو أننا سنجلس هنا لفترة طويلة جدًا جدًا ولا نرى انفجارًا ، أليس كذلك؟ والسبب هو أنه من أجل جعل الهيدروجين والأكسجين قريبين من بعضهما البعض ، كان علينا أن نمنحهم بعض الطاقة الإضافية ودفعهم حتى يتغلبوا على التنافر والأشياء. لذلك إذا كنت هنا على زلاجتك مرة أخرى ، فستبدأ بالفعل ، ولكن في الواقع نزلت في المحطة الخطأ في مصعد التزلج وكنت هناك ، على الرغم من وجود طاقة تنزل من هنا ، فلن يحدث ذلك في أي معدل ملحوظ بالنظر إلى نوع الارتداد الطفيف في الطاقة الذي تتمتع به في حياتك الطبيعية. إذن ما نفعله عندما نفعل الهيدروجين والأكسجين هو عن طريق وضع تطابق فيه أو شيء نعطيه طاقة كافية بحيث تنهض بعض الجزيئات هنا ، وتنزل ، ثم تتخلى عن الكثير من الطاقة وتسخينه بحيث يتم دفع كل ما تبقى منهم ويختفي الأمر. لكن هذه ليست طريقة سيئة للتفكير في الأمر. وسنتحدث بعد دقيقة حول ما الذي يحدد مدى سرعة ردود الفعل ، وليس ما إذا كانت ستذهب أم لا. وبعد ذلك ، بالطبع ، في هذه المرحلة ، علينا أن نقلق بشأن هذه المشكلة. لكن قبل ذلك ما أريد أن أوضحه لكم هو أن هناك علاقة مباشرة بين طاقة جيبس ​​الحرة هذه وثابت التوازن. إذن لدينا هذا ، حسنًا ، ما يمكننا فعله هو أن يكون لديك رد الفعل هناك. فلننظر إذن إلى أن رد الفعل قد وصل إلى حالة توازن. وهذا يعني أنه لن يكون هناك المزيد من التغيير في الطاقة. لذا سنضبط دلتا G على صفر. وهذا يعني أن دلتا G الأولية صفر تساوي ناقص RT تركيز C على D على تركيز A على B. ستدرك هذا. هذا هو ثابت التوازن ، صحيح؟ أنا آسف. هناك سجل طبيعي للدخول هنا. لم أحصل عليه. حسنًا؟ إذن ، ما يساوي سالب RT ، اللوغاريثم الطبيعي لثابت التوازن أو اللوغاريتم الطبيعي لثابت التوازن يساوي سالب دلتا G شرطة صفر على RT. أو طريقة أخرى للقول أن توازن K يساوي E أس ناقص دلتا G شرطة صفر على RT. لذا ، إذا فكرت في عواقب ثابت التوازن ، إذا كان التفاعل سيذهب طوال الطريق تقريبًا ، فستكون هناك منتجات في الغالب ، وتفاعلات قليلة جدًا ، لذلك سيكون توازن K كبيرًا. لذلك إذا كان التفاعل سيقطع شوطًا طويلاً ، فسيكون ثابت التوازن كبيرًا. ولكي يكون ثابت التوازن كبيرًا ، يجب أن يكون لهذه دلتا G إشارة سالبة كبيرة. لذلك إذا كان التفاعل - - مناسبًا ، فسيكون توازن K كبيرًا وسيكون لدلتا G Prime صفر ، على الأقل في نطاق طاقة التنشيط ، قيمة سالبة كبيرة. واسمحوا لي أن أقدم لكم بعض الأمثلة. عندما تحدثنا عن الكربوهيدرات ، أخبرتك بإيجاز أن السكروز هو ما نسميه ثنائي السكاريد ، اثنان من السكريات مرتبطان معًا. ماذا نفعل عندما نضم شيئين معًا إلى حد كبير في الطبيعة؟ تقوم بتقسيم جزيء من الماء. لذلك نأخذ جزيء الجلوكوز ، جزيء الفركتوز ، كلا الكربوهيدرات ، نلتصق ببعضها البعض ونحصل على سكر المائدة. إذا أردنا عكس هذا التفاعل ، فعلينا وضع جزيء من الماء ويمكننا تشغيله في الاتجاه الآخر. نحصل على الجلوكوز بالإضافة إلى الفركتوز. توازن K لهذا التفاعل هو 140.000. صفر دلتا G الرئيسي هو سالب سبعة سعرات حرارية لكل مول. هذا مثال على ما كنت أخبرك به للتو ، قيمة سالبة كبيرة إلى حد ما. إذا فكرنا في تفاعل غير مواتٍ ، فإليك حمض حمضي. هذا ما يجعل الخل حامضًا. ويمكن أن ينطلق أيون الهيدروجين هنا ليعطيك أيون الهيدروجين والأيون السالب للحمض الحمضي أو أيون الأسيتات. ثابت الاتزان لهذا الواحد هو ، أعتقد أن اثنين في عشرة أس ناقص خمسة. لذا فإن القليل من الحمض الحمضي يتأين بالفعل. وثابت التوازن K إذن ، معذرةً ، دلتا G برايم صفر زائد 6.3 كيلو سعر حراري لكل مول. لذلك ، المدفون في هذا المثال لا يظهر لك أن التفاعل غير المواتي سيكون له طاقة حرة موجبة مرتبطة به ، في حين أن التفاعل غير المرغوب فيه سيكون له طاقة حرة سلبية. هذا أيضًا نوع من إخبارك لماذا لا تموت عندما تضع صلصة السلطة على سلطتك ، لأنه إذا تأين الحمض تمامًا مثل حمض الكبريتيك ووضعت كمية مكافئة من حامض الكبريتيك على سلطاتنا فلن يكون أحد منا هنا . ما يحدث هو القليل جدًا ، وهذا ما يحدث. إذن ما يهيئنا هذا حقًا هو هذه المشكلة الأساسية في علم الأحياء ، وهي أن رد الفعل هذا هنا ، يمكنك أن ترى ما سيحدث ، هذا لا يحدث ، لكن معظم ردود الفعل التي يجب عليك تنفيذها تتطلب البيولوجيا مدخلات طاقة لأنها لن تذهب. يمكننا نوعا ما أن نفرض هذا قليلا. يمكننا زيادة تركيز التفاعلات وسيمنحنا ذلك منتجًا أكثر قليلاً ، لكن هذا ليس حلاً مفيدًا لجميع الأشياء. لذلك كانت هذه مشكلة أساسية حقًا كان لابد من حلها في التطور من أجل أن توجد الحياة على الإطلاق. وسأعطيكم مجرد مثال. إذا أخذنا في الاعتبار أخذ بضع جزيئات من الجلوتامات ، وهو أحد الأحماض الأمينية التي تحدثنا عنها ، بضع جزيئات من الأمينية وتحويلها إلى جزيئين من الجلوتامين. الآن ، هذا حمض أميني ضروري لصنع البروتينات. هذا حمض أميني ضروري لصنع البروتينات. يجب أن تحتوي الخلية على كليهما. يحتوي الجلوتامات على مجموعتين من الميثيلين ومن ثم مجموعة الكربوكسيل التي تعد واحدة من الأحماض الأمينية الحمضية. والجلوتامين السلسلة الجانبية - - الآن في المنتصف. دلتا G من الصفر المرتبطة بهذا التفاعل هي بالإضافة إلى سبعة سعرات حرارية لكل مول ، لذلك فهي غير مواتية تقريبًا مثل تلك التي ننظر إليها. في الواقع ، إنه أسوأ من الذي ننظر إليه هناك. السبب في أن هذا نوع من دفع الشيء صعودًا بقوة هو أن الإلكترونات هنا في الواقع توزع نفسها ذهابًا وإيابًا. لذا يمكنك التفكير نوعًا ما في الجزيء على أنه يتنقل بين هذين الشكلين. وهذا يجعلها أكثر استقرارًا. وعندما تلتزم بمجموعة الأمين لتجعل الوسط لا يمكنه فعل ذلك ، وبالتالي فأنت تدفع كل شيء بقوة صعودًا. فكيف يمكن لخلية أن تحقق هذا؟ هناك طاقة متاحة. إذا أخذنا في الاعتبار ما يحدث مع C6H12O6 بالذهاب إلى اثنين من اللاكتات ، فإن دلتا G الأولية صفر المرتبطة بذلك هي ناقص 50 سعر حراري لكل مول. لذا فقد حصلت الخلية على الكثير من الطاقة من خلال إجراء محادثة بسيطة لجزيء السكر إلى قسمين من اللاكتات. ولكن بطريقة ما يجب عليها معرفة كيفية استخدام تلك الطاقة من أجل دفع هذه التفاعلات غير المواتية. والحل ، وهو حقًا أحد أسرار الحياة ، هو استخدام ردود الفعل المزدوجة - مع وسيط مشترك. وإذا نظرت خارج الزنزانة ، كما فعل لافوازييه أو فعل باستير ، فهذا ما ستراه. ولكن إذا كان بإمكانك النظر داخل الخلية ورؤية ما يحدث عندما يتم إجراء هذا التحويل ، فستكتشف أن رد الفعل الكامل يبدو هكذا. إنه جزيء السكر بالإضافة إلى جزيئين من ADP بالإضافة إلى جزيئين من الفوسفات غير العضوي سيعطي جزيئين من اللاكتات بالإضافة إلى جزيئين من ATP. ما هو ATP؟ إنه ريبونوكليوتيد. هذا هو ADP. وما يحدث عندما تصنع ATP هو إضافة فوسفات إضافي إلى نهاية الجزيء. لذا من خلال وجود فوسفات آخر هنا لديك دور كامل في الشحنات السالبة. هذا جزيء ليس من دواعي سرور الأجزاء المختلفة أن تكون معًا لأن كل هذه الشحنات السالبة تريد أن تنفصل ، لذلك عندما تنكسر رابطة ATP ، يتم إطلاق الطاقة. لذا فإن استخدام ATP هو طريقة لتخزين الطاقة الكيميائية بحيث يمكنك استخدامها في نوع آخر من السياق. ومن خلال حرقه ، من خلال تنفيذ التفاعل بهذه الطريقة ، لا تستطيع الخلية فقط صنع جزيء من السكر ، الجلوكوز إلى اثنين من اللاكتات ، بل إنها قادرة على إنتاج ATP على طول الطريق. وقيمة دلتا G الأولية لهذا التفاعل هي سالب 34 كيلوكالوري لكل مول. لذا على الرغم من أنه يستهلك بعضًا من تلك الطاقة ويضعها في ATP ، إلا أن هذا رد فعل يعمل بكفاءة عالية جدًا. ثم بدلاً من محاولة إجراء هذا التفاعل فقط ، فإن ما تفعله الخلية في الواقع هو أخذ اثنين من الجلوتامات بالإضافة إلى جزيئي الأمونيا بالإضافة إلى اثنين من ATP. ثم يتم تحويله إلى جلوتامين واثنين من الماء. أعتقد أنني فشلت في وضع ذلك هنا حتى تتمكن من تصحيحه مرة أخرى. بالإضافة إلى اثنين من ADP بالإضافة إلى جزيئين من الفوسفات غير العضوي. وبالتالي فإن Pi شائع الاستخدام في الكيمياء الحيوية للإشارة فقط إلى أيون الفوسفات غير العضوي. إذن ما يحدث هنا إذن هو رد الفعل هذين. رد الفعل هذا الآن ، لأن ATP متورط ، هو الآن مفضل ، والدلتا G لهذا التفاعل هو ناقص تسعة سعرات حرارية لكل مول. لذلك من خلال تحلل ATP المائي كجزء من آلية التفاعل ، فإن هذا التفاعل الذي كان غير مواتٍ أصبح الآن مناسبًا. ومن ثم فإن نوع الشيء اللطيف هو إذا قمت بتلخيص كل هذا ، فإن ATPs و ADPs على جانبي المعادلة لذا فهم ينسحبون. وما تبقى لديك هو C6H12O6 بالإضافة إلى اثنين من الجلوتامين بالإضافة إلى اثنين من الأمونيا التي ستعطي اثنين من الجلوتامين ، معذرةً ، اثنان لاكتات بالإضافة إلى اثنين من الجلوتامين بالإضافة إلى الماءين. والدلتا G الأولية صفر لهذا هي 43 كيلوكالوري لكل مول. إذاً هذا ليس كذلك ، يمكنك التفكير في الأمر على أنه استخدام للطاقة في شكل ATP مثل هذا قليلاً بالطريقة التي نستخدم بها المال في مجتمعنا. أقوم ببعض الأعمال في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. لا أحصل على طعام لأكله أو مشاهدة التلفاز لمشاهدة Super Bowl. بدلاً من ذلك ، أتلقى المال ، ثم أذهب إلى المتجر ، وأعطيهم المال ، وينتهي بي الأمر بالطعام أو الأشياء. وإذا كنت تشاهده من الخارج ، فسترى أنني أعمل في المدرسة ثم الطعام أو التلفزيون أو أي شيء يظهر في المنزل. لكن ما يحدث هو أن المال يعمل كوسيط مشترك في تلك المعاملات. وهذا ما يوجد أساسًا في الخلية ATP. إنها أموال الطاقة. وفي صنع ATP ، يجب أن تأخذ الخلية هذا الريبوز مع الأدينين ، أعتقد أنني لم أضع الأدينين هنا كما أدرك. الأدينين يجلس على الريبوز الآن. هناك نوعان من الفوسفات ، وكلاهما له شحنة سالبة. ولإنشاء تلك الرابطة الثالثة ، يجب أن تدفعها معًا. إنه نوع من الجزيء غير المستقر جوهريًا. عندما تكسر الرابطة ستعيد لك الطاقة. وهذا أحد الأسرار المدهشة للحياة ، وهذا هو الأساس الكامن وراء سبب إمكانية المضي قدمًا في الحياة. الآن ، المسألة الثانية التي نحتاج إلى معالجتها هنا بسرعة هي - - ليس فقط يمكن أن يستمر التفاعل ، وهو ما تخبرنا به الديناميكا الحرارية ، ولكن كيف يمكن أن تسير بسرعة. وهذا يلخص المشكلة التي تواجهها جميع التفاعلات الكيميائية لأن كل تفاعل كيميائي تقوم به فعليًا يتضمن الجمع بين كيانين معًا. وكلما اقتربوا أكثر فأكثر فأكثر ، لا يريدون أن يكونوا هناك ، لذا عليك نوعًا من دفعهم معًا بطريقة ما أو التأكد من أن لديهم طاقة كافية للالتقاء معًا. وهذا ما نراه ممثلاً هنا. وهذا مصطلح خاص يسمى طاقة التنشيط. يطلق عليه مصطلح دلتا جي مع خنجر مزدوج. وهذا هو حجم طاقة التنشيط التي تحد من سرعة التفاعلات الكيميائية. لذا فإن الحل الذي تستخدمه في الكيمياء ، معظمكم ، هو استخدام محفز. والمحفز لا يغير نتيجة التفاعل. إنه يغير فقط مدى سرعة الوصول إلى هناك. إذاً ، هناك العديد من ردود الفعل التي سمعت عنها في الكيمياء. كل ما عليك هو لصق الشيء عند 500 درجة مئوية ، ووضع قطعة من البلاتين ، والآن سيصبح رد الفعل أسرع كثيرًا. عن طريق تسخين الجزيئات لديها المزيد من الطاقة. لذلك إذا كان لديهم المزيد من الطاقة ، فيمكنهم الاقتراب من ذلك. وبعد ذلك ما سيفعله سطح البلاتين هو السماح للجزيئات بالالتصاق وهذا سيجلبهم تقريبًا ويساعدهم أيضًا على التماسك. حسنًا ، لا يمكنك رفع درجة الحرارة في نظام بيولوجي ، لكن لا يزال يتعين عليك التغلب على هذا. لكن الأساسي إذن ، ما عليك فعله عند تنفيذ محفز ، ما سيفعله أي محفز هو أنه يخفض طاقة التنشيط هذه. وإذا قمت بتخفيض طاقة التنشيط ، فسيكون هناك ما يكفي من الجزيئات ، وفي أي حالة تكون فيها ستكون لديها طاقة كافية لتكون قادرة على الذهاب. لن يغير حجم القطرة. إنه يغير فقط مدى سرعة وصولك إلى هذا التوازن النهائي. وهناك نوعان من الأشكال البيولوجية - اثنان من الجزيئات التي تعتبر محفزات بيولوجية. أحد الجزيئات التي تعرفها هو الإنزيمات. الإنزيمات مصنوعة من البروتين. لقد أمضينا مجموعة من الوقت في العمل على ذلك. أحد الأشياء التي عرضتها عليكم في اليوم الأول ، هذا شيء صنعته بكتيريا الجمرة الخبيثة ، عامل الجمرة الخبيثة القاتل. ما هو عليه في الواقع ، إنه بروتين وإنزيم قادر على تحفيز انقسام بعض روابط الببتيد في البروتينات في أجسامنا. وعلى وجه الخصوص ، يلاحق الجزيئات التي تشارك في عمليات إرسال الإشارات داخل الخلايا. وإذا لم يكن لدينا هؤلاء نموت. في الآونة الأخيرة تم اكتشاف أن الحمض النووي الريبي يمكن أن يكون محفزًا. وتسمى هذه ، إذا كان لديك RNA فهذا محفز يسمى الريبوزيم. وقد بدت هذه غريبة بعض الشيء لبعض الوقت حيث اكتشفوا لأول مرة فكرة أن قطعة من الحمض النووي الريبي يمكن أن تعمل كمحفز في نظام بيولوجي ، ولكن اتضح في النهاية أن الريبوسوم ، الذي سنتحدث عنه بشيء من التفصيل وهو آلات تصنيع البروتين التي تخلق تلك الروابط الببتيدية بين كل من الأحماض الأمينية لصنع البروتينات. إنه تكتل كبير من الحمض النووي الريبي يظهر باللون الرمادي ومجموعة من البروتينات المختلفة التي تظهر باللون الأصفر ، لكن التكوين الفعلي لرابطة الببتيد ، الشيء الذي يصنع جميع البروتينات يتم تحفيزه بالفعل بواسطة قطعة من الحمض النووي الريبي. وبالتالي فإن الريبوسوم هو في الواقع ريبوزيم. ومن المفارقات أن هذا الشعور هو أن قطعة من الحمض النووي الريبي تحفز الرابطة التي تجعل البروتينات ممكنة. لذلك سننهي هذا الأمر ونبدأ بعد ذلك في عملية التحلل الجلدي الذي يعد أقدم الأنظمة المنتجة للطاقة تطوريًا يوم الاثنين. نعم؟


ثابت التوازن للتفاعل وتغير الطاقة الحرة

في هذه المقالة سوف نناقش حول ثابت التوازن للتفاعل وشحنة الطاقة الحرة.

أي تفاعل كيميائي سيصل إلى التوازن بعد وقت كافٍ.

يمكن كتابة رد فعل عكسي:

يتم كتابة سرعة التفاعل الذي سينتج C و D:

ويكون التفاعل الناتج عن A و B كما يلي:

ك1 و ك2 هي ثوابت سرعة التفاعل.

عندما يتم الوصول إلى التوازن ، السرعات v1 و v2 من الواضح أنها متساوية

التركيزات المشار إليها في هذه الصيغة هي تلك التي تم الوصول إليها عند equi & shylibrium.

تتميز قدرة الجزيء على التفاعل بمعامل ex & shypressed في kCal / mole ويسمى الطاقة الحرة. تغير الطاقة الحرة في تفاعل من النوع A + B ⇋ C + D عندما يعطي مول واحد من A ومول واحد من B مول واحد من C ومول واحد من D ، بينما تركيزات كل منهما [A] ، [B] ، تتم كتابة [C] و [D] بشكل ثابت:

لذا فإن هذا التغيير يعتمد على معاملين. أولاً ، شار & خجول ثابت للتفاعل (∆G0) ، التغير القياسي في الطاقة الحرة ، وهو التغير في الطاقة الحرة في ظروف تسمى المعيار: درجة الحرارة ، ضغط 298 درجة كلفن ، درجة حموضة الغلاف الجوي = 0 و [أ] ، [ب] ، [ج] ، [د] ، تم الحفاظ عليه في 1M. ثم لدينا ∆G = ∆G0.

∆G ثم يعتمد على تركيز المنتجات والكواشف. من المهم أن نلاحظ أنه ، من الناحية النظرية ، هناك دائمًا تركيزات من الكواشف والمنتجات مثل ∆G & lt 0. في هذه الحالة ، يسمى التفاعل exergonic ويكون دائمًا مصحوبًا بانخفاض في الطاقة الحرة. يمكن بعد ذلك إنتاج الطاقة.

على سبيل المثال رد الفعل:

يحتوي على ∆G من & # 8211686 كيلو كالوري / مول من الجلوكوز ، مما يعني أنه في الظروف القياسية ، فإن أكسدة مول واحد من الجلوكوز ستنتج 686 سعرة حرارية من الطاقة المجانية. قد يتم تبديد هذه الطاقة على شكل حرارة أو تحويلها إلى طاقة ميكانيكية (تقلص العضلات) ، أو طاقة كهربائية (انتقال النبضات العصبية أو تكوين التدرجات الأيونية) ، أو في بعض الحالات ، حتى طاقة مشعة. يمكن أيضًا حفظها كطاقة كيميائية في الجزيئات ، وأهمها ATP.

أخيرًا ، إذا كان التفاعل في حالة توازن ، ∆G = 0 ولدى المرء المعادلة التالية:

لذلك ، توجد علاقة مباشرة بين تغيير الطاقة القياسي الحر للتفاعل وثابت توازنه.


تحديد & DeltaG & deg & rsquo لتغيير الطاقة القياسية الحرة | النباتات

ومع ذلك ، لا يمكن قياس ثابت التوازن لمثل هذا التفاعل بشكل مباشر لأن التفاعل يتم توجيهه كثيرًا في اتجاه التحلل المائي ، ويصبح من الصعب الوصول إلى ثوابت التوازن الدقيقة للمركبات. هذا يعني أنه بالنسبة لتفاعل مثل هذا مع تغيير كبير في الطاقة الحرة (سواء كان سالبًا أو إيجابيًا) ، فهناك مشكلة في تحديد ΔG ° & # 8217.

ومع ذلك ، من الممكن تفكيك التغير الكبير في الطاقة الحرة للتحلل المائي لـ ATP إلى خطوتين أصغر بقوة ثم إضافة قيم ΔG ° & # 8217 للتفاعلات المتتالية. على سبيل المثال ، يُسمح لـ ATP أولاً بالتفاعل مع الجلوكوز لتكوين ADP و glucose-6-phosphate بواسطة إنزيم hexokinase

يرجع الاختلاف في قيم الطاقة للتحلل المائي لهذه المركبات الفسفورية إلى حقيقة أن الروابط بين مجموعات الفوسفات المتجاورة لـ ADP و ATP عبارة عن روابط أنهيدريد لها تغير طاقة حر قياسي سلبي أكبر بكثير للتحلل المائي ، في حين أن الرابطة بين حمض الفوسفوريك و الريبوز في AMP هو ارتباط استر مع طاقة حرة أقل بكثير.

يظهر الجدول 9.4 الطاقة الحرة القياسية للتحلل المائي لعدد من مركبات الفوسفات الخلوية المهمة بما في ذلك ATP.

نرى أن ATP لها قيمة ΔG ° & # 8217 & # 8211 7.3 kcal mole -1 وهي قيمة وسيطة في هذا المقياس الديناميكي الحراري (الجدول 9.4). إن أهمية ATP الموضوعة في منتصف الطريق على مقياس الطاقة لمركبات الفوسفات هي أن ATP قادر على العمل كوسيط شائع في معظم تفاعلات نقل مجموعة الفوسفات المحفزة بالإنزيم في الخلية.

على سبيل المثال ، يمكن لـ ADP قبول فوسفات من مركب فسفوري أعلى على المقياس مثل phosphoenolpyruvate ، ويمكن لـ ATP المتكون بذلك بعد ذلك التبرع به لجزيء متقبل مثل الجلوكوز أقل على المقياس لإنتاج مركب فوسفات.

من الواضح تمامًا من الجدول 9.4 أن قيم الطاقة الحرة القياسية للتحلل المائي للمركبات المختلفة الفسفورية تختلف عن بعضها البعض.

كما يحدث ، فإن الطاقة القياسية الحرة للتحلل المائي لمجموعة الفوسفات الطرفية لـ ATP هي أكثر سلبية (ΔG ° & # 8217 = & # 8211 7.3 كيلو كالوري مول -1) من الطاقة الحرة القياسية للتحلل المائي للجلوكوز 6-فوسفات لإنتاج الجلوكوز والفوسفات ، وهو فقط & # 8211 3.3 كيلو كالوري مول -1.

يمكن اعتبار بعض العوامل مسؤولة عن هذا الاختلاف. أيون الفوسفات الموجود في ATP بالقرب من درجة الحموضة 7.0 هو هجين رنيني ، يتم تثبيته بواسطة طاقة الرنين. يكون الاختلاف في طاقة الرنين بين المواد المتفاعلة والمنتجات أكبر بالنسبة للتحلل المائي لـ ATP منه في حالة التحلل المائي للجلوكوز 6 فوسفات وهو ليس هجينًا رنينيًا.

علاوة على ذلك ، فإن منتجات التحلل المائي ATP ، أي الأنيونات HPO 2- 4 و ADP 3- كلاهما سالب الشحنة وبالتالي سوف يتنافران ، وبالتالي لن يتحدوا ليشكلوا ATP. على العكس من ذلك ، فإن التحلل المائي للجلوكوز 6 فوسفات ينتج الجلوكوز ، وهو جزيء غير مشحون والفوسفات ، أيون مشحون.

نتيجة لذلك ، لا يتنافر الجلوكوز والفوسفات أبدًا ، ومن الواضح أنه ستكون هناك فرصة أكبر لإعادة التركيب. علاوة على ذلك ، فإن ذرات الفوسفات الطرفية لـ ATP ، الموجودة في روابط أنهيدريد ، أكثر عرضة للتحلل المائي مقارنة بالجلوكوز 6-فوسفات ، وهو استر بسيط.

في الوقت نفسه ، يكون ADP والفوسفات أكثر ترطيبًا من ATP نفسه ، وهو عامل آخر لتوفير سحب للتحلل المائي ATP بعيدًا في اتجاه الإكمال.

(أ) التحلل المائي لـ ATP إلى AMP و Pyrophosphate:

بشكل عام ، يُلاحظ أن ADP هو نتاج العديد من التفاعلات التي تتطلب ATP في الخلية وهو أيضًا متقبل الفوسفات في تفاعلات تحلل السكر والفسفرة المؤكسدة المنتجة للطاقة. ولكن في بعض التفاعلات التي تستخدم ATP ، يتم شق مجموعتين نهائيتين من الفوسفات من ATP بشكل إنزيمي على شكل بيروفوسفات (PPأنا) مع AMP كمنتج آخر.

يسمى هذا التفاعل انقسام بيروفوسفات لـ ATP ، على عكس الانقسام المعتاد في أورثو فوسفات. التغيير القياسي في الطاقة الحرة ، وانخفاض الطاقة الحرة ΔG ° & # 8217 للتفاعل

يُلاحظ مثال نموذجي في تنشيط جزيء الأحماض الدهنية الذي يحدث عن طريق تكوين إستر مع الإنزيم المساعد A ، أي حمض الأسيل الدهني CoA ، وهو وسيط غني بالطاقة.

يوفر انقسام بيروفوسفات لـ ATP أحيانًا سحبًا ديناميكيًا حراريًا إضافيًا نحو إكمال تفاعل كيميائي حيوي. يتم تحقيق ذلك عن طريق اثنين من الإنزيمات المساعدة ، بيروفوسفاتيز وأدينيلات كيناز. يحفز بيروفوسفاتيز التحلل المائي لبيروفوسفات (PPأنا) لإنتاج جزيئين من الفوسفات.

يمكن استخدام هذه الطاقة الحرة السلبية الكبيرة للتحلل المائي لتأمين منتجات تفاعل كيميائي حيوي. يحفز الإنزيم الآخر ، وهو adenylate kinase ، إعادة فسفرة AMP إلى ADP في التفاعل

من هذين السلائف مثل ADP و P.أنا، يمكن تجديد ATP.

(ب) نقل الطاقة الخلوية من خلال النيوكليوزيدات الأخرى 5 & # 8242-ثلاثي الفوسفات:

على الرغم من أن دورة ATP-ADP تعمل كحامل رئيسي للطاقة في التمثيل الغذائي الخلوي ، فإن 5 & # 8242-diphosphates و 5 & # 8242-triphosphates من الريبونوكليوزيدات الأخرى و deoxyribonucleosides تشارك أيضًا في عمليات نقل الطاقة الخلوية. على سبيل المثال ، يوريدين ثلاثي الفوسفات (UTP) هو المتبرع بالطاقة في تخليق السكاريد ، و GTP مطلوب لتخليق البروتين.

وبالمثل ، يعمل سيتيدين ثلاثي الفوسفات (CTP) كمانح للطاقة في التخليق الحيوي للدهون. نرى أيضًا أن العديد من ثلاثي فوسفات الريبونوكليوزيد (CTP ، GTP ، UTP ، ATP) بمثابة سلائف لتخليق الحمض النووي الريبي ، في حين أن ثلاثي فوسفات الديوكسي ريبونوكليوزيد (dATP. dGTP ، dTTP ، dCTP) هي مواد للتخليق الحيوي للحمض النووي.


الديناميكا الحرارية

ينص القانون الأول للديناميكا الحرارية على أن الكمية الإجمالية للطاقة في الكون ثابتة ومحفوظة. بعبارة أخرى ، كان هناك دائمًا وسيظل دائمًا نفس القدر من الطاقة في الكون. توجد الطاقة في العديد من الأشكال المختلفة. وفقًا للقانون الأول للديناميكا الحرارية ، يمكن نقل الطاقة من مكان إلى آخر أو تحويلها إلى أشكال مختلفة ، لكن لا يمكن إنشاؤها أو تدميرها. تحدث عمليات نقل وتحولات الطاقة من حولنا طوال الوقت. تحول المصابيح الكهربائية الطاقة الكهربائية إلى طاقة ضوئية وطاقة حرارية. تعمل مواقد الغاز على تحويل الطاقة الكيميائية من الغاز الطبيعي إلى طاقة حرارية. تقوم النباتات بأحد أكثر تحولات الطاقة المفيدة بيولوجيًا على الأرض: تحويل طاقة ضوء الشمس إلى طاقة كيميائية مخزنة داخل الجزيئات العضوية (الشكل 4.2). تظهر بعض الأمثلة على تحولات الطاقة في الشكل 4.4.

التحدي الذي يواجه جميع الكائنات الحية هو الحصول على الطاقة من محيطها في أشكال يمكنها نقلها أو تحويلها إلى طاقة قابلة للاستخدام للقيام بالعمل. تطورت الخلايا الحية لمواجهة هذا التحدي. يتم نقل الطاقة الكيميائية المخزنة داخل الجزيئات العضوية مثل السكريات والدهون وتحويلها من خلال سلسلة من التفاعلات الكيميائية الخلوية إلى طاقة داخل جزيئات ATP. يمكن الوصول بسهولة إلى الطاقة في جزيئات ATP للقيام بالعمل. تتضمن أمثلة أنواع العمل الذي تحتاجه الخلايا القيام به بناء جزيئات معقدة ، ونقل المواد ، وتشغيل حركة الأهداب أو الأسواط ، وتقلص ألياف العضلات لخلق الحركة.

الشكل 4.4 المعروض هو بعض الأمثلة على الطاقة المنقولة والمتحولة من نظام إلى آخر ومن شكل إلى آخر. يزود الطعام الذي نستهلكه خلايانا بالطاقة اللازمة لأداء وظائف الجسم ، تمامًا كما تزود الطاقة الضوئية النباتات بالوسائل اللازمة لتوليد الطاقة الكيميائية التي تحتاجها. (الائتمان & # 8220ice cream & # 8221: تعديل العمل بواسطة D.

قد تبدو المهام الأساسية للخلية الحية المتمثلة في الحصول على الطاقة وتحويلها واستخدامها لإنجاز العمل بسيطة. ومع ذلك ، فإن القانون الثاني للديناميكا الحرارية يوضح سبب كون هذه المهام أصعب مما تبدو عليه. جميع عمليات نقل الطاقة وتحولاتها لا تكون أبدًا فعالة تمامًا. في كل عملية نقل للطاقة ، يتم فقد قدر من الطاقة بشكل غير صالح للاستعمال. في معظم الحالات ، هذا النموذج هو الطاقة الحرارية. من الناحية الديناميكية الحرارية ، تُعرَّف الطاقة الحرارية بأنها الطاقة المنقولة من نظام إلى آخر لا تعمل. على سبيل المثال ، عند تشغيل المصباح الكهربائي ، يتم فقدان بعض الطاقة التي يتم تحويلها من الطاقة الكهربائية إلى طاقة ضوئية كطاقة حرارية. وبالمثل ، يتم فقدان بعض الطاقة كطاقة حرارية أثناء تفاعلات التمثيل الغذائي الخلوي.

مفهوم مهم في النظم الفيزيائية هو مفهوم النظام والفوضى. كلما زادت الطاقة التي يفقدها النظام إلى المناطق المحيطة به ، كلما كان النظام أقل ترتيبًا وأكثر عشوائية. يشير العلماء إلى مقياس العشوائية أو الفوضى داخل نظام مثل الانتروبيا. الانتروبيا العالية تعني الفوضى العالية والطاقة المنخفضة. الجزيئات والتفاعلات الكيميائية لها إنتروبيا متفاوتة أيضًا. على سبيل المثال ، تزداد الإنتروبيا عندما تنتشر الجزيئات ذات التركيز العالي في مكان واحد وتنتشر. ينص القانون الثاني للديناميكا الحرارية على أن الطاقة ستُفقد دائمًا عند نقل الحرارة أو تحويلها.

يتم ترتيب الكائنات الحية بدرجة عالية ، وتتطلب مدخلات طاقة ثابتة يتم الحفاظ عليها في حالة انخفاض الانتروبيا.


ردود الفعل العفوية

أ رد فعل عفوي هو رد فعل يفضل تكوين المنتجات في الظروف التي يحدث فيها التفاعل. النيران الهائجة (انظر الشكل أدناه) هي مثال على رد الفعل العفوي. النار طاردة للحرارة ، مما يعني انخفاض في طاقة النظام حيث يتم إطلاق الطاقة إلى المناطق المحيطة على شكل حرارة. تتكون منتجات النار في الغالب من غازات مثل ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء ، وبالتالي تزداد إنتروبيا النظام أثناء معظم تفاعلات الاحتراق. هذا المزيج من انخفاض الطاقة وزيادة الانتروبيا يعني أن تفاعلات الاحتراق تحدث تلقائيًا.

الشكل ( PageIndex <1> ): تفاعلات الاحتراق ، مثل هذا الحريق ، هي تفاعلات عفوية. بمجرد أن يبدأ التفاعل ، يستمر من تلقاء نفسه حتى يختفي أحد المواد المتفاعلة (الوقود أو الأكسجين).

أ رد فعل غير تلقائي هو رد فعل لا يفضل تكوين المنتجات في مجموعة معينة من الشروط. من أجل أن يكون التفاعل غير تلقائي ، يجب أن تفضل إحدى القوى الدافعة أو كلتيهما المواد المتفاعلة على المنتجات. بمعنى آخر ، يكون التفاعل ماصًا للحرارة ، ويرافقه انخفاض في الانتروبيا ، أو كليهما. يتكون الغلاف الجوي الخارجي بشكل أساسي من خليط من غازات النيتروجين والأكسجين. يمكن للمرء أن يكتب معادلة توضح أن هذه الغازات تخضع لتفاعل كيميائي لتكوين أول أكسيد النيتروجين.

[ م يسار (ز يمين) + م يسار (ز يمين) يمين 2 م يسار (ز يمين) ]

لحسن الحظ ، يكون هذا التفاعل غير تلقائي في درجات الحرارة والضغوط العادية. إنه تفاعل ماص للغاية للحرارة مع تغير إيجابي قليلاً في الانتروبيا ( يسار ( دلتا S يمين) ). ومع ذلك ، يمكن إنتاج أول أكسيد النيتروجين في درجات حرارة عالية جدًا ، وقد لوحظ حدوث هذا التفاعل نتيجة الصواعق.

يجب على المرء أن يحرص على عدم الخلط بين المصطلح تلقائي والفكرة القائلة بأن التفاعل يحدث بسرعة. التفاعل التلقائي هو التفاعل الذي يفضل فيه تكوين المنتج ، حتى لو كان التفاعل بطيئًا للغاية. لا داعي للقلق بشأن قطعة من الورق على مكتبك تنفجر فجأة ، على الرغم من أن احتراقها هو رد فعل تلقائي. ما ينقص هو طاقة التنشيط المطلوبة لبدء التفاعل. إذا تم تسخين الورق إلى درجة حرارة عالية بما يكفي ، فسيبدأ في الاحتراق ، وعند هذه النقطة سيستمر التفاعل تلقائيًا حتى اكتماله.

في رد فعل عكسي ، يمكن تفضيل اتجاه رد فعل واحد على الآخر. حمض الكربونيك موجود في المشروبات الغازية. يتحلل تلقائيًا إلى ثاني أكسيد الكربون والماء وفقًا للتفاعل التالي.

[ م يسار (aq right) rightleftharpoons ce يسار (ز يمين) + م يسار (l يمين) ]

إذا كنت ستبدأ بحمض الكربونيك النقي في الماء وتسمح للنظام بالتوازن ، فسيتم تحويل أكثر من (99 ٪ ) من حمض الكربونيك إلى ثاني أكسيد الكربون والماء. يكون التفاعل الأمامي تلقائيًا لأن نواتج التفاعل الأمامي مفضلة عند التوازن. في التفاعل العكسي ، يكون ثاني أكسيد الكربون والماء من المتفاعلات ، وحمض الكربونيك هو المنتج. عندما يتم ضخ ثاني أكسيد الكربون في الماء (انظر الشكل أدناه) ، يتم تحويل أقل من (1 ٪ ) إلى حمض الكربونيك عندما يصل التفاعل إلى التوازن. عكس رد الفعل أعلاه ليس عفويًا. يوضح هذا نقطة مهمة أخرى حول العفوية. فقط لأن رد الفعل ليس تلقائيًا لا يعني أنه لا يحدث على الإطلاق. بدلاً من ذلك ، فهذا يعني أنه سيتم تفضيل المواد المتفاعلة على المنتجات عند التوازن ، على الرغم من أن بعض المنتجات قد تتشكل بالفعل.

الشكل ( PageIndex <2> ): يتم عرض آلة صنع الصودا المنزلية مع زجاجة ماء و a ( ce) خرطوشة. عندما يكون الماء مكربنًا ، تتشكل كمية صغيرة فقط من حمض الكربونيك لأن التفاعل يكون غير تلقائي. (المجال العام Baruchlanda)


12.1 تغيرات الطاقة في التفاعلات الكيميائية (ESBQJ)

ما الذي يسبب تغيرات الطاقة في التفاعلات الكيميائية؟ (ESBQK)

عندما يحدث تفاعل كيميائي ، روابط في المتفاعلات استراحةبينما سندات جديدة شكل في المنتج. المثال التالي يوضح هذا. يتفاعل الهيدروجين مع الأكسجين لتكوين الماء حسب المعادلة التالية:

في هذا التفاعل ، تكون الرابطة بين ذرتي الهيدروجين في ( text_ <2> ) سوف جزيء استراحة، وكذلك الرابطة بين ذرات الأكسجين في ( text_ <2> ) جزيء. سوف السندات الجديدة شكل بين ذرتي الهيدروجين وذرة الأكسجين المفردة في جزيء الماء المتكون كمنتج.

للحصول على سندات استراحة، يجب أن تكون الطاقة يمتص. عند السندات الجديدة شكل، الطاقة صدر. الطاقة اللازمة لكسر الرابطة تسمى طاقة الرابطة أو طاقة تفكك الرابطة. تقاس طاقات الرابطة بوحدات ( نص$>).

طاقة الرابطة هي مقياس قوة الرابطة في رابطة كيميائية. هو مقدار الطاقة (في ( نص$> )) اللازمة لكسر الرابطة الكيميائية بين ذرتين.

تذكر عندما ناقشنا الترابط (الفصل 3) استخدمنا مخطط الطاقة التالي:

الشكل 12.1: رسم بياني يوضح التغيرات في الطاقة التي تحدث مع تغير المسافة بين ذرتين.

يمكننا استخدام هذا الرسم البياني لفهم سبب أن كسر الرابطة يتطلب طاقة ، كما أن صنع السندات يطلق طاقة. النقطة X على الرسم البياني عند أدنى طاقة. عندما تنكسر الرابطة ، تتحرك الذرات بعيدًا وتزداد المسافة بينهما (أي تتحرك الذرة إلى اليمين على المحور (x ) أو من النقطة X إلى النقطة A). بالنظر إلى الرسم البياني ، نرى أنه عندما يحدث هذا ، تزداد الطاقة (أي الطاقة عند النقطة A أكبر من الطاقة عند النقطة X). لذلك عندما تنكسر الرابطة ، هناك حاجة إلى الطاقة.

عندما تتشكل الرابطة ، تقترب الذرات من بعضها وتقل المسافة بينهما (أي تتحرك الذرة إلى اليسار على المحور (x ) أو من النقطة A إلى النقطة X). بالنظر إلى الرسم البياني ، نرى أنه عند حدوث ذلك ، تقل الطاقة (أي أن الطاقة عند النقطة X أقل من الطاقة عند النقطة A). لذلك عندما تشكل الرابطة الطاقة يتم إطلاقها.

بالنظر إلى مثال تفاعل الهيدروجين مع الأكسجين لتكوين الماء:

نرى أن هناك حاجة إلى الطاقة لكسر الروابط في جزيء الهيدروجين وكسر الروابط في جزيء الأكسجين). ونرى أيضًا أن الطاقة يتم إطلاقها عندما يترابط الهيدروجين والأكسجين لتكوين الماء). عندما ننظر إلى رد الفعل بأكمله ونفكر في كل من كسر الرابطة وتشكيل الرابطة ، نحتاج إلى إلقاء نظرة على الطاقة الداخلية الكامنة النظام.

المحتوى الحراري هو مقياس للطاقة الكلية لنظام كيميائي لضغط معين ، ويُعطى الرمز H.

النظام الكيميائي هو نظام مغلق يحتوي فقط على المواد المتفاعلة والمنتجات المتضمنة في التفاعل.

عندما نتعلم عن التفاعلات الطاردة للحرارة والماصة للحرارة ، سنرى المزيد عن مفهوم المحتوى الحراري.

التفاعلات الطاردة للحرارة والممتصة للحرارة (ESBQM)

في بعض ردود الفعل ، الطاقة التي يجب أن تكون يمتص لكسر الروابط في المواد المتفاعلة ، أقل من الطاقة التي هي صدر عندما تتشكل روابط المنتجات الجديدة. هذا يعني أن الطاقة في التفاعل الكلي هي صدر إما حرارة أو ضوء. هذا النوع من التفاعل يسمى طارد للحرارة تفاعل.

التفاعل الطارد للحرارة هو التفاعل الذي يطلق طاقة على شكل حرارة أو ضوء.

هناك طريقة أخرى لوصف التفاعل الطارد للحرارة وهي أنه تفاعل تكون فيه طاقة المنتجات أقل من طاقة المواد المتفاعلة ، لأن الطاقة قد تم إطلاقها أثناء التفاعل. يمكننا تمثيل هذا باستخدام الصيغة العامة التالية:

في ردود الفعل الأخرى ، الطاقة التي يجب أن تكون يمتص لكسر الروابط في المتفاعلات ، هو أكثر من الطاقة التي هي صدر عندما تتشكل الروابط الجديدة في المنتجات. هذا يعني أنه في التفاعل الكلي ، يجب أن تكون الطاقة يمتص من المناطق المحيطة. يُعرف هذا النوع من التفاعل باسم ماص للحرارة تفاعل.

التفاعل الماص للحرارة هو التفاعل الذي يمتص الطاقة على شكل حرارة أو ضوء.

هناك طريقة أخرى لوصف التفاعل الماص للحرارة وهي أنه تفاعل تكون فيه طاقة المنتجات أكبر من طاقة المواد المتفاعلة ، لأنه يتم امتصاص الطاقة أثناء التفاعل. يمكن تمثيل ذلك بالصيغة العامة التالية:

يُعرف الفرق في الطاقة (E) بين المواد المتفاعلة والمنتجات باسم حرارة التفاعل. يشار إليه أيضًا أحيانًا باسم تغيير المحتوى الحراري النظام. يتم تمثيل ذلك باستخدام ( Delta text)

يُقرأ ( Delta ) على أنه دلتا ويعني التغيير. يمكنك تذكر هذا الرمز من الفيزياء.

يتم تضمين مشروع موصى به للتقييم الرسمي. في هذه التجربة ، سيبحث المتعلمون في تفاعل طارد للحرارة ورد فعل ماص للحرارة. هذه التجربة مقسمة إلى قسمين. ينظر الجزء الأول إلى تفاعل ماص للحرارة ، بينما ينظر الجزء الثاني إلى تفاعل طارد للحرارة. ستحتاج إلى أكواب من البوليسترين أو الكرتون ، وأغطية بلاستيكية ، ومقاييس حرارة ، وخل ، وصوف صلب ، وحمض الستريك ، وبيكربونات الصوديوم ، وقضبان تقليب. هناك أيضًا تحقيق إضافي حول التفاعلات الطاردة للحرارة والمقاومة للحرارة التي يمكن للمتعلمين إكمالها. يمكن دمج كل هذه التجارب في مشروع واحد يقوم فيه المتعلمون بالتحقيق في العديد من التفاعلات المختلفة وتصنيف هذه التفاعلات على أنها طاردة للحرارة أو ماصة للحرارة.

تبدأ هذه السلسلة من التجارب بتفاعل ماص للحرارة بين حامض الستريك وبيكربونات الصوديوم. تبحث التجربة الثانية في السلسلة في التفاعل الطارد للحرارة بين الفولاذ والأكسجين في الهواء. يتم تقديم الجزء الأخير من السلسلة كتحقيق في مختلف التفاعلات الطاردة للحرارة والممتصة للحرارة.


التعبير المستمر عن التوازن من أجل رد الفعل

يصف التعبير الثابت للتوازن تركيز المنتجات مقسومًا على تركيز المواد المتفاعلة عندما يصل التفاعل إلى التوازن. يمكن رؤية هذا التعبير أدناه.

في التفاعل: aA + bB & lt = & gt cC + dD

يصف كل مصطلح تركيز مادة متفاعلة أو منتج في التفاعل حيث تتحد المواد الكيميائية A و B لإنتاج المنتجين C و D. تشير الأحرف الصغيرة إلى عدد مولات كل مادة كيميائية. تشير الأقواس حول الحرف ، [A] ، إلى تركيز كل مادة كيميائية ، ويشير الرمز السفلي إلى أن ثابت التوازن يتم تحديده من خلال تركيز كل جزيء عند التوازن.

توضح هذه المعادلة أن تغيير الطاقة الحرة القياسي هو ببساطة طريقة أخرى لوصف القوى الدافعة للتفاعل ، والطريقة التي ستتقدم بها. بينما يخبرنا ثابت التوازن ما إذا كان لدينا المزيد من المواد المتفاعلة أو النواتج في نهاية التفاعل ، فإنه لا يلمح إلى مدى سرعة حدوث هذا التفاعل. يُعرف هذا باسم معدل ثابت ويشار إليه بحرف صغير ك. يرتبط ثابت المعدل بمجموعة متنوعة من المعادلات الأخرى المتعلقة بالسرعة التي تحدث بها التفاعلات. يعتبر ثابت التوازن مهمًا لعدد من التفاعلات البيولوجية ، كما هو موضح في الأمثلة أدناه.


A. التفاعلات وتغيرات الطاقة - علم الأحياء

معدل التفاعل هو السرعة التي يتقدم بها التفاعل نحو التوازن. بالنسبة لتفاعل محفز بالإنزيم ، يتم التعبير عن المعدل عادة بكمية المنتج الذي يتم إنتاجه في الدقيقة.

معدل التفاعل محكوم بحاجز الطاقة بين التفاعلات والمنتجات. بشكل عام ، يجب إضافة الطاقة إلى المواد المتفاعلة للتغلب على حاجز الطاقة. تسمى هذه الطاقة المضافة "طاقة التنشيط" ، ويتم استعادتها عندما تمر المواد المتفاعلة فوق الحاجز وتنزل إلى مستوى طاقة المنتجات.

يمكن للإنزيمات تسريع معدل التفاعل. الإنزيمات محفزات بيولوجية. تعمل المحفزات على تسريع معدلات التفاعلات عن طريق خفض حاجز طاقة التنشيط بين المواد المتفاعلة والمنتجات. للحصول على رسم بياني يقارن حاجز الطاقة لتفاعل غير محفز بالتفاعل المحفز ، راجع البرنامج التعليمي الخاص بالمشكلة 1.

يمكن أن يكون لدرجة الحرارة تأثير مهم على نشاط الإنزيم ومعدلات التفاعل. في درجات الحرارة المنخفضة ، عادة ما يزيد الاحترار من معدل تفاعل الإنزيم المحفز لأن المواد المتفاعلة لديها طاقة أكبر ، ويمكن أن تحقق بسهولة مستوى طاقة التنشيط. ومع ذلك ، إذا ارتفعت درجة الحرارة بشكل كبير ، فمن الممكن أن يفسد الإنزيم ، مما يتسبب في تعطيل البنية الثلاثية وفقدان النشاط التحفيزي.


مناقشة المريض حول الطاقة

س: هل مشروبات الطاقة تعزز طاقتي حقًا؟ في هذه الأيام ، نما بيع مشروبات الطاقة. هل مشروبات الطاقة تعزز طاقتي حقًا؟

أ. لدى الناس عقلية مفادها أن مشروبات الطاقة تعززهم حقًا للقيام بالعمل أو الاسترخاء أكثر. في الواقع ، قد تمنحك مشروبات الطاقة دفعة طاقة مؤقتة. يأتي & quotboost & quot عادة من الكمية الكبيرة من السكر والكافيين التي تحتوي عليها هذه المشروبات. على الرغم من أن السكريات المختلفة المستخدمة لتحلية مشروبات الطاقة يمكن أن تزيد الطاقة لفترة وجيزة ، فإن استهلاك كميات كبيرة من السكر من المرجح أن يسبب زيادة الوزن. الكافيين منبه ، ويمكن أن يحفزك مؤقتًا. لكن الكثير من الكافيين يمكن أن يسبب آثارًا جانبية ضارة ، مثل العصبية والتهيج وزيادة معدل ضربات القلب وضغط الدم والأرق.

مشروبات الطاقة ليست بالضرورة ضارة بصحتك. لكن لا يجب أن تراهم على أنهم بعض & quot؛ زيادة الطاقة الطبيعية & quot؛ - الدفعة التي يقدمونها هي من الكافيين. بعض الادعاءات المقدمة من الشركات المصنعة لمشروبات الطاقة - مثل & quot؛ يحسن الأداء ويزيد التركيز & quot - يمكن أن تكون مضللة.
فكر في طريقة أفضل لزيادة طاقتك: احصل على قسط كافٍ من النوم ،

س: كيف تؤثر الطاقة على الجسم؟ إيجابية ، سلبية ، تشي ، إرادية ، قوة الحياة.

أ. ليست منطقتي حقًا ، ولكن يمكنك المحاولة والسؤال في مجتمع الطب البديل (http://www.imedix.com/Alternative_Medicine).

يمكنك أن تقرأ عن هذه الأشياء هنا: http://en.wikipedia.org/wiki/Pioneers_in_radionics ، http://en.wikipedia.org/wiki/Ch٪27i

س: أعاني من نقص في الطاقة في الآونة الأخيرة ، أي نصيحة؟ أبلغ من العمر 35 عامًا ، وعادة ما يكون رجلًا قويًا ، لكن على مدار الأسابيع الثلاثة الماضية ، كنت أنام طوال اليوم ، ولا أفعل شيئًا أثناء الاستيقاظ ، ولا أملك طاقة لفعل أي شيء. اي احد يعرف سببا او ماذا افعل؟

أ. هل حاولت تغيير نظامك الغذائي؟ قد يكون لديك نقص في الفيتامينات أو غيرها من المواد الأساسية التي يمكن أن تسبب النعاس. جرب تناول الخضار والفواكه. أجبر نفسك على القيام بنزهة يومية ، 25 دقيقة ، هذا كل شيء. ويمكن أن تكون مصابًا بعدوى ستستغرق بعض الوقت ...


شاهد الفيديو: قوانين الديناميكا الحرارية والانتروبيا وطاقة جبس الحرة (يوليو 2022).


تعليقات:

  1. Barisar

    في ذلك شيء ما. سأعرف ، أشكر المساعدة في هذا السؤال.

  2. Elmore

    عن طيب خاطر أنا أقبل. في رأيي ، إنه سؤال مثير للاهتمام ، سأشارك في المناقشة.

  3. Kazraktilar

    You are certainly entitled

  4. Mamo

    أعتذر ، لكن في رأيي أنك مخطئ. أدخل سنناقش. اكتب لي في رئيس الوزراء ، سنتحدث.



اكتب رسالة