3.5: フリーエネルギーの紹介

ある反応から放出されるエネルギーを別の反応のエネルギーとどのように比較できますか?自由エネルギーの測定を使用して、これらのエネルギー移動を定量化します。科学者たちは、この測定を開発した科学者であるジョサイア・ウィラード・ギブスにちなんで、この自由エネルギーをギブス自由エネルギー(Gの文字と略されます)と呼んでいます。熱力学の第二法則によれば、すべてのエネルギー移動は、熱などの使用できない形で一部のエネルギーを失うことを含み、エントロピーを引き起こします。ギブスの自由エネルギーとは、具体的には、エントロピーを考慮した後に利用できる化学反応のエネルギーを指します。言い換えれば、ギブスの自由エネルギーは使用可能なエネルギー、または仕事をするために利用できるエネルギーです。

すべての化学反応には、デルタG(∆G)と呼ばれる自由エネルギーの変化が伴います。自由エネルギーの変化は、化学反応など、そのような変化を受ける任意のシステムについて計算できます。∆G を計算するには、システムの総エネルギー変化からエントロピーに失われたエネルギー量 (∆S と表記) を差し引きます。システム内の全エネルギーはエンタルピーであり、それを∆Hと表します。∆Gの計算式は次のとおりです。ここで、記号Tはケルビン単位の絶対温度(摂氏+ 273度)を指します。

ΔG = ΔH − TΔ S

化学反応の標準自由エネルギー変化は、標準的なpH、温度、圧力条件下で、反応生成物のモルあたりのエネルギー量(キロジュールまたはキロカロリー、kJ/molまたはkcal/mol、1 kJ = 0.239 kcal)として表します。一般的には、pH 7.0の生体システム、25°C、100キロパスカル(1気圧)の標準的なpH、温度、圧力条件をそれぞれ計算します。細胞の状態はこれらの標準条件とは大きく異なるため、生物学的反応の標準計算∆G値は細胞内で異なることに注意してください。

このテキストは、Openstax, Biology 2e, Section 6.2: Potential, Kinetic, Free, and Activation Energy and Openstax, Chemistry 2e, から引用しています。セクション 16.4: フリーエネルギー。