3.3
Die innere Energie oder E ist die Energie, die in einem System enthalten ist, wie z. B. die Energie, die in chemischen Bindungen und der zufälligen Bewegung seiner Teilchen enthalten ist. Ein System und seine Umgebung können Energie zwischen ihnen übertragen.
Die Änderung der internen Energie eines Systems, Delta E, ist gleich der Summe aus q, der gesamten Wärme, die an das System übertragen wird, und w, der gesamten Arbeit, die am System geleistet wird.
Bei den meisten biochemischen Reaktionen wird keine Arbeit geleistet; daher ist die Änderung der inneren Energie äquivalent zu einer anderen thermodynamischen Funktion, die Enthalpie genannt wird.
Die Änderung der Enthalpie eines Systems oder ∆H geht einher mit einer gleichen und entgegengesetzten Änderung der Enthalpie der Umgebung.
Ein exothermer Prozess liegt vor, wenn das System Wärme an die Umgebung abgibt und durch eine negative Enthalpie dargestellt wird. Ein endothermer Prozess liegt vor, wenn das System Wärme gewinnt, die durch eine positive Enthalpie dargestellt wird.
Lebende Zellen sind offene Systeme, die Materie und Energie mit ihrer Umgebung austauschen, und zwar durch exotherme und endotherme Prozesse, die dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik folgen.
Enthalpie (H) wird zur Beschreibung der Thermodynamik chemischer und physikalischer Prozesse verwendet. Enthalpie ist definiert als die Summe der inneren Energie (U) eines Systems und dem mathematischen Produkt aus Druck (P) und Volumen (V):
H = U + PV
Auch die Enthalpie ist eine Zustandsfunktion. Enthalpiewerte für bestimmte Substanzenkönnen nicht direkt gemessen werden; Es können nur Enthalpieänderungen für chemische oder physikalische Prozesse bestimmt werden. Für Prozesse, die bei konstantem Druck ablaufen (eine häufige Bedingung für viele chemische und physikalische Veränderungen), beträgt die Enthalpieänderung (ΔH):
ΔH = ΔU + PΔV
Die beim Betrieb eines Bunsenbrenners abgegebene Wärme entspricht der Enthalpieänderung der stattfindenden Methanverbrennungsreaktion, da diese bei im Wesentlichen konstantem Druck der Atmosphäre stattfindet. Ein negativer Wert einer Enthalpieänderung, ΔH < 0, weist auf eine exotherme Reaktion hin; Ein positiver Wert, ΔH > 0, weist auf eine endotherme Reaktion hin.
ΔH und die Änderung der freien Energie, Delta G (∆G) genannt, hängen durch die folgende Gleichung zusammen, die als Gibbs-Helmholtz-Gleichung bekannt ist;
ΔG = ΔH − TΔS
Wir berechnen im Allgemeinen Standard-pH-, Temperatur- und Druckbedingungen bei pH 7,0 in biologischen Systemen, 25 Grad Celsius bzw. 100 Kilopascal (1 bar). Beachten Sie, dass die zellulären Bedingungen erheblich von diesen Standardbedingungen abweichen und daher die standardmäßig berechneten ∆G-Werte für biologische Reaktionen innerhalb der Zelle unterschiedlich sein werden.
Dieser Text ist adaptiert von Openstax, Biology 2e, Section 6.3: The Laws of Thermodynamics und Openstax, Chemie 2e ,Section 5.3: Enthalpy.
Die innere Energie oder E ist die Energie, die in einem System enthalten ist, wie z. B. die Energie, die in chemischen Bindungen und der zufälligen Bewegung seiner Teilchen enthalten ist. Ein System und seine Umgebung können Energie zwischen ihnen übertragen.
Die Änderung der internen Energie eines Systems, Delta E, ist gleich der Summe aus q, der gesamten Wärme, die an das System übertragen wird, und w, der gesamten Arbeit, die am System geleistet wird.
Bei den meisten biochemischen Reaktionen wird keine Arbeit geleistet; daher ist die Änderung der inneren Energie äquivalent zu einer anderen thermodynamischen Funktion, die Enthalpie genannt wird.
Die Änderung der Enthalpie eines Systems oder ∆H geht einher mit einer gleichen und entgegengesetzten Änderung der Enthalpie der Umgebung.
Ein exothermer Prozess liegt vor, wenn das System Wärme an die Umgebung abgibt und durch eine negative Enthalpie dargestellt wird. Ein endothermer Prozess liegt vor, wenn das System Wärme gewinnt, die durch eine positive Enthalpie dargestellt wird.
Lebende Zellen sind offene Systeme, die Materie und Energie mit ihrer Umgebung austauschen, und zwar durch exotherme und endotherme Prozesse, die dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik folgen.
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