Energia e stabilità libere:
* Energia libera inferiore =maggiore stabilità: Un sistema con energia libera inferiore è più stabile. Ciò significa che è meno probabile che cambino o reagisca spontaneamente. Pensa a una roccia in fondo a una collina:ha un'energia potenziale inferiore ed è più stabile di una roccia arroccata in cima.
* I processi spontanei diminuiscono l'energia libera: I processi che si verificano spontaneamente (senza ingresso esterno) comportano sempre una diminuzione dell'energia libera del sistema. Questo è un principio fondamentale della termodinamica.
* Equilibrio: Un sistema è in equilibrio quando la sua energia libera è al minimo. Ciò significa che il sistema è nel suo stato più stabile e non subirà ulteriori cambiamenti spontanei.
Energia libera e capacità di lavoro:
* L'energia libera rappresenta la quantità massima di lavoro che un sistema può fare: La variazione dell'energia libera (ΔG) rappresenta la quantità di energia disponibile per fare un lavoro utile.
* negativo ΔG =lavoro viene svolto dal sistema: Se ΔG è negativo, il sistema rilascia energia libera e può eseguire lavori su ciò che circonda. Questo è un processo esergonico. Esempi:
* Respirazione cellulare:la rottura del glucosio rilascia l'energia libera, che viene utilizzata per sintetizzare l'ATP (adenosina trifosfato), la valuta energetica delle cellule.
* Combustazione del carburante:la combustione dei carburanti rilascia energia libera per produrre motori di calore e tragizzare.
* Positivo ΔG =lavoro è necessario per il processo: Se ΔG è positivo, il sistema richiede un ingresso energetico per procedere. Questo è un processo endergonico. Esempi:
* Sintesi proteica:le cellule devono investire energia libera per creare nuove proteine dagli aminoacidi.
* Fotosintesi:le piante richiedono energia dalla luce solare per convertire l'anidride carbonica e l'acqua in glucosio.
Concetti chiave:
* Entalpy (H): L'energia totale di un sistema, incluso l'energia interna e il lavoro di volume di pressione.
* entropia (s): Una misura di disturbo o casualità in un sistema.
* Temperatura (T): Una misura dell'energia cinetica media delle particelle in un sistema.
La relazione:
L'equazione dell'energia libera di Gibbs mette in relazione questi concetti:
ΔG =ΔH - TΔS
* ΔH è il cambiamento nell'entalpia.
* ΔS è il cambiamento nell'entropia.
* T è la temperatura in Kelvin.
In sintesi:
L'energia libera è un concetto fondamentale in termodinamica che collega stabilità e capacità di lavoro. Comprendendo la relazione tra energia libera e questi concetti, possiamo prevedere la direzione dei processi spontanei e analizzare i requisiti energetici per varie reazioni e processi nei sistemi biologici.
