한 반응에서 방출되는 에너지를 다른 반응의 에너지와 어떻게 비교할 수 있습니까? 우리는 이러한 에너지 전달을 정량화하기 위해 자유 에너지 측정을 사용합니다. 과학자들은 이 측정을 개발한 과학자인 Josiah Willard Gibbs의 이름을 따서 이 자유 에너지를 Gibbs 자유 에너지(문자 G로 약칭)라고 부릅니다. 열역학 제2법칙에 따르면 모든 에너지 전달은 열과 같이 사용할 수 없는 형태로 일부 에너지를 잃는 것을 포함하여 엔트로피를 생성합니다. Gibbs 자유 에너지는 특히 엔트로피를 고려한 후 사용할 수 있는 화학 반응의 에너지를 나타냅니다. 즉, Gibbs 자유 에너지는 사용 가능한 에너지 또는 작업을 수행하는 데 사용할 수 있는 에너지입니다.
모든 화학 반응에는 델타 G(∆G)라고 하는 자유 에너지의 변화가 포함됩니다. 우리는 화학 반응과 같은 변화를 겪는 모든 시스템에 대한 자유 에너지의 변화를 계산할 수 있습니다. ∆G를 계산하려면 시스템의 총 에너지 변화에서 엔트로피로 손실되는 에너지의 양(∆S로 표시)을 뺍니다. 시스템의 총 에너지는 엔탈성이며 이를 ∆H로 표시합니다. ∆G를 계산하는 공식은 다음과 같으며, 여기서 기호 T는 절대 온도(켈빈(섭씨 + 273도
))를 나타냅니다.δG = ΔH − TδS
당사는 표준 pH, 온도 및 압력 조건에서 반응 생성물의 몰당 에너지량(킬로줄 또는 킬로칼로리, kJ/mol 또는 kcal/mol, 1kJ = 0.239kcal)로 화학 반응의 표준 자유 에너지 변화를 표현합니다. 우리는 일반적으로 생물학적 시스템에서 pH 7.0, 섭씨 25도 및 100킬로파스칼(1기압 압력)에서 표준 pH, 온도 및 압력 조건을 각각 계산합니다. 세포 조건은 이러한 표준 조건과 상당히 다르므로 생물학적 반응에 대한 표준 계산 ∆G 값은 세포 내부에서 다를 수 있습니다.
이 텍스트는 Openstax, Biology 2e, 섹션 6.2: Potential, Kinetic, Free 및 Activation Energy 및 Openstax, Chemistry 2e에서 발췌한 것입니다. 섹션 16.4: 자유 에너지.
깁스 자유 에너지는 시스템이 일정한 온도와 압력에서 작업을 수행하는 데 사용할 수 있는 에너지입니다. 자유 에너지의 변화 또는 ∆G는 반응의 자발성을 예측하는 데 사용할 수 있습니다.
자발적인 과정들은 우주의 엔트로피를 증가시킨다; 그러나 이 엔트로피 변화는 연구되고 있는 체계와 그 주변의 무질서의 변화를 포함하기 때문에 측정하기 어렵다.
Gibbs의 자유 에너지 방정식을 사용하면 자발성은 시스템의 엔탈피와 엔트로피 변화만으로 결정될 수 있습니다.
시스템이 열을 방출하면 주변 환경이 열을 흡수하여 주변 환경의 임의성에 영향을 줍니다. 수학적으로 주변의 엔트로피는 시스템의 음의 엔탈피 변화를 온도로 나눈 값과 같습니다.
깁스 방정식을 재배열하면 자유 에너지 변화와 온도의 음의 비율이 우주의 엔트로피 변화와 같다는 것을 알 수 있습니다.
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