3.3:

3.3: Enthalpie in der Zelle

Enthalpy within the Cell

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Cell Biology

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Enthalpy within the Cell

3.2: The Second Law of Thermodynamics

3.9: Non-equilibrium in the Cell

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01:18 min

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April 30, 2023

Overview

Die Enthalpie (H) wird verwendet, um die Thermodynamik chemischer und physikalischer Prozesse zu beschreiben. Die Enthalpie ist definiert als die Summe aus der inneren Energie (U) eines Systems und dem mathematischen Produkt aus seinem Druck (P) und seinem Volumen (V):

H = U + PV

Die Enthalpie ist auch eine Zustandsfunktion. Enthalpiewerte für bestimmte Substanzen können 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 Wärmeabgabe beim Betrieb eines Bunsenbrenners entspricht der Enthalpieänderung der stattfindenden Methanverbrennungsreaktion, da sie bei einem im Wesentlichen konstanten Druck der Atmosphäre stattfindet. Ein negativer Wert einer Enthalpieänderung, ΔH < 0, deutet auf eine exotherme Reaktion hin; ein positiver Wert, ΔH > 0, deutet auf eine endotherme Reaktion hin.

Das ΔH und die Änderung der freien Energie, Delta G (∆G) genannt, werden durch die folgende Gleichung in Beziehung gesetzt, 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, so dass die berechneten ∆G-Standardwerte für biologische Reaktionen innerhalb der Zelle unterschiedlich sind.

Dieser Text ist eine Adaption von Openstax, Biologie 2e, <a href="https://openstax.org/books/biology-2e/pages/6-3-the-laws-of-thermodynamics">Abschnitt 6.3: Die Gesetze der Thermodynamik und Openstax, Chemie 2e, Abschnitt 5.3: Enthalpie.

Transcript

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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Enthalpy Internal Energy Pressure Volume State Function Enthalpy Change Exothermic Endothermic Gibbs Helmholtz Equation Standard Conditions Biological Systems