7.6: אנרגיה חופשית

אנרגיה חופשית - בקיצור G עבור המדען גיבס שגילה אותה - היא מדידה של אנרגיה שימושית שניתן להפיק מתגובה כדי לבצע עבודה. זוהי האנרגיה בתגובה כימית הזמינה לאחר שנלקחת בחשבון האנטרופיה. תגובות שלוקחות אנרגיה נחשבות אנרגוניות ותגובות המשחררות אנרגיה הן אקסטרגוניות. צמחים מבצעים תגובות אנרגוניות על ידי נטילת אור שמש ופחמן דו חמצני לייצור גלוקוז וחמצן. בעלי חיים, בתורם, מפרקים את הגלוקוז מצמחים באמצעות חמצן ומייצרים פחמן דו חמצני ומים. כאשר מערכת נמצאת בשיווי משקל, אין שינוי נטו באנרגיה החופשית. על מנת שתאים ימשיכו לפעול בחילוף החומרים ולהישאר בחיים, עליהם להישאר מחוץ לשיווי משקל על ידי שינוי מתמיד של ריכוזים של מגיבים ומוצרים.

אנרגיה חופשית

כיוון זרימת האנרגיה דרך המערכת קובע אם התגובה היא אנרגונית או אקסטרגונית. מערכות ללא שינוי נטו באנרגיה החופשית נחשבות בשיווי משקל. רוב התגובות הכימיות הן הפיכות - הן יכולות להתקדם בשני הכיוונים. כדי להישאר בחיים, על התאים להישאר מחוץ לשיווי משקל על ידי שינוי מתמיד של ריכוזי המגיבים והמוצרים כך שחילוף החומרים ימשיך לפעול.

תגובות אנדרגוניות מול אקסרגוניות

אם תגובה דורשת קלט של אנרגיה כדי להתקדם, אז השינוי באנרגיה החופשית, או ΔG של התגובה הוא חיובי והתגובה נחשבת אנרגונית - אנרגיה נכנסה למערכת. בצמחים, בניית מולקולות גלוקוז וחמצן מפחמן דו חמצני ומים - בעזרת אור השמש - נחשבת לאנדרגונית. מולקולות הגלוקוז נחשבות למולקולות אגירת אנרגיה.

לעומת זאת, אם אנרגיה משתחררת בתגובה, אז השינוי באנרגיה החופשית, או ΔG הוא שלילי והתגובה נחשבת אקסטרגונית. למוצרים יש פחות אנרגיה חופשית מאשר המגיבים - אנרגיה יצאה מהמערכת. דבר זה קורה אצל בעלי חיים שמפרקים גלוקוז באמצעות חמצן לייצור פחמן דו חמצני ומים. האנרגיה במולקולות הגלוקוז השתחררה.