3.3:

3.3: Entalpia all'interno della cellula

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Cell Biology

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Enthalpy within the Cell

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01:18 min

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April 30, 2023

L’entalpia (H) è usata per descrivere la termodinamica dei processi chimici e fisici. L’entalpia è definita come la somma dell’energia interna di un sistema (U) e del prodotto matematico della sua pressione (P) e del volume (V):

H = U + PV

L’entalpia è anche una funzione di stato. I valori di entalpia per sostanze specifiche non possono essere misurati direttamente; È possibile determinare solo le variazioni di entalpia per processi chimici o fisici. Per i processi che avvengono a pressione costante (una condizione comune per molti cambiamenti chimici e fisici), la variazione di entalpia (ΔH) è:

ΔH = ΔU + PΔV

Il calore sprigionato quando si aziona un bruciatore Bunsen è pari alla variazione di entalpia della reazione di combustione del metano che avviene, poiché avviene alla pressione essenzialmente costante dell’atmosfera. Un valore negativo di una variazione di entalpia, ΔH < 0, indica una reazione esotermica; un valore positivo, ΔH > 0, indica una reazione endotermica.

Il ΔH e la variazione dell’energia libera, chiamata delta G (∆G), sono correlati dalla seguente equazione, nota come equazione di Gibbs Helmholtz;

ΔG = ΔH − TΔS

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 bar). 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 6.3: Le Leggi della Termodinamica e Openstax, Chimica 2e, Sezione 5.3: Entalpia.

Transcript

L’energia interna, o E, è l’energia contenuta all’interno di un sistema, come l’energia contenuta nei legami chimici e il movimento casuale delle sue particelle. Un sistema e l’ambiente circostante possono trasferire energia tra di loro.

La variazione dell’energia interna di un sistema, delta E, è uguale alla somma di q, il calore totale trasferito al sistema, e w, il lavoro totale svolto sul sistema.

Nella maggior parte delle reazioni biochimiche, non viene eseguito alcun lavoro; quindi, la variazione dell’energia interna è equivalente a un’altra funzione termodinamica chiamata entalpia.

La variazione di entalpia di un sistema o ∆H è accompagnata da una variazione uguale e contraria dell’entalpia dell’ambiente circostante.

Un processo esotermico è quando il sistema rilascia calore nell’ambiente circostante ed è rappresentato da un’entalpia negativa. Un processo endotermico è quando il sistema guadagna calore, rappresentato da un’entalpia positiva.

Le cellule viventi sono sistemi aperti che scambiano materia ed energia con l’ambiente circostante, attraverso processi esotermici ed endotermici, seguendo il primo principio della termodinamica.