Enthalpy (H) is used to describe the thermodynamics of chemical and physical processes. Enthalpy is defined as the sum of a system's internal energy (U) and the mathematical product of its pressure (P) and volume (V):
H = U + PV
Enthalpy is also a state function. Enthalpy values for specific substances cannot be measured directly; only enthalpy changes for chemical or physical processes can be determined. For processes that take place at constant pressure (a common condition for many chemical and physical changes), the enthalpy change (ΔH) is:
ΔH = ΔU + PΔV
The heat given off when you operate a Bunsen burner is equal to the enthalpy change of the methane combustion reaction that takes place, since it occurs at the essentially constant pressure of the atmosphere. A negative value of an enthalpy change, ΔH < 0, indicates an exothermic reaction; a positive value, ΔH > 0, indicates an endothermic reaction.
The ΔH and the change in free energy, called delta G (∆G), is related by the following equation, which is known as Gibbs Helmholtz equation;
ΔG = ΔH − TΔS
We generally calculate standard pH, temperature, and pressure conditions at pH 7.0 in biological systems, 25 degrees Celsius, and 100 kilopascals (1 atm pressure), respectively. Note that cellular conditions vary considerably from these standard conditions, and so standard calculated ∆G values for biological reactions will be different inside the cell.
This text is adapted from Openstax, Biology 2e, Section 6.3: The Laws of Thermodynamics and Openstax, Chemistry 2e, Section 5.3: Enthalpy.
L’énergie interne, ou E, est l’énergie contenue dans un système, telle que l’énergie contenue dans les liaisons chimiques et le mouvement aléatoire de ses particules. Un système et son environnement peuvent transférer de l’énergie entre eux.
La variation de l’énergie interne d’un système, delta E, est égale à la somme de q, la chaleur totale transférée au système, et w, le travail total effectué sur le système.
Dans la plupart des réactions biochimiques, aucun travail n’est effectué ; par conséquent, la variation de l’énergie interne est équivalente à une autre fonction thermodynamique appelée enthalpie.
La variation d’enthalpie d’un système ou d’un ∆H s’accompagne d’une variation égale et opposée de l’enthalpie de l’environnement.
Un processus exothermique se produit lorsque le système libère de la chaleur dans l’environnement et est représenté par une enthalpie négative. Un processus endothermique se produit lorsque le système gagne de la chaleur, représentée par une enthalpie positive.
Les cellules vivantes sont des systèmes ouverts qui échangent de la matière et de l’énergie avec leur environnement, par des processus exothermiques et endothermiques, selon la première loi de la thermodynamique.
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