3.5: Un'introduzione all'energia libera

Come possiamo confrontare l’energia che si sprigiona da una reazione con quella di un’altra reazione? Utilizziamo una misura dell’energia libera per quantificare questi trasferimenti di energia. Gli scienziati chiamano questa energia libera energia libera di Gibbs (abbreviata con la lettera G) in onore di Josiah Willard Gibbs, lo scienziato che ha sviluppato la misurazione. Secondo la seconda legge della termodinamica, tutti i trasferimenti di energia comportano la perdita di energia in una forma inutilizzabile come il calore, con conseguente entropia. L’energia libera di Gibbs si riferisce specificamente all’energia di una reazione chimica che è disponibile dopo aver tenuto conto dell’entropia. In altre parole, l’energia libera di Gibbs è l’energia utilizzabile, o l’energia disponibile per svolgere il lavoro.

Ogni reazione chimica comporta una variazione dell’energia libera, chiamata delta G (∆G). Possiamo calcolare la variazione di energia libera per qualsiasi sistema che subisce un tale cambiamento, come una reazione chimica. Per calcolare ∆G, sottrarre la quantità di energia persa a causa dell’entropia (indicata come ∆S) dalla variazione totale di energia del sistema. L’energia totale nel sistema è entalpia e la denotiamo come ∆H. La formula per il calcolo di ∆G è la seguente, dove il simbolo T si riferisce alla temperatura assoluta in Kelvin (gradi Celsius + 273):

ΔG = ΔH − TΔS

Esprimiamo la variazione standard di energia libera di una reazione chimica come quantità di energia per mole del prodotto di reazione (in kilojoule o kilocalorie, kJ/mol o kcal/mol; 1 kJ = 0,239 kcal) in condizioni standard di pH, temperatura e pressione. In genere calcoliamo le condizioni standard di pH, temperatura e pressione a pH 7,0 nei sistemi biologici, rispettivamente a 25 gradi Celsius e 100 kilopascal (1 atm di pressione). Si noti che le condizioni cellulari variano considerevolmente da queste condizioni standard, e quindi i valori standard di ∆G calcolati per le reazioni biologiche saranno diversi all’interno della cellula.

Questo testo è adattato da Openstax, Biology 2e, Sezione 6.2: Potenziale, Cinetica, Libera ed Energia di Attivazione e Openstax, Chimica 2e, Sezione 16.4: Energia Libera.