7.6: Свободная энергия

Свободная энергия, сокращенно G по имени ученого Гиббса, который открыл ее, является величиной полезной энергии, которая может быть извлечена из реакции на работу. Это энергия в химической реакции, которая доступна после энтропии. Реакции, в которых принимается энергия, считаются эндергонические и реакции, а те, в которых высвобождаются энергия, являются экзергоническими. Растения выполняют эндергонические реакции, принимая солнечный свет и углекислый газ для производства глюкозы и кислорода. В свою очередь, животные изымают глюкозу из растений с помощью кислорода и делают углекислый газ и воду. Когда система находится в равновесии, нет никаких чистых изменений в свободной энергии. Для того, чтобы клетки могли поддерживать обмен веществ и оставаться в живых, они должны держаться вне равновесия, постоянно меняя концентрации реагентов и продуктов

Свободная энергия

Направление потока энергии через систему определяет, является ли реакция эндергонной или экзергонной. Системы без чистых изменений в свободной энергии считаются находящимися в равновесии. Большинство химических реакций обратимы – они могут продолжаться в обоих направлениях. Чтобы остаться в живых, клетки должны оставаться вне равновесия, постоянно меняя концентрации реагентов и продуктов, так что метаболизм продолжает работать.

Эндергонические против экзергонических реакций

Если реакция требует ввода энергии, чтобы двигаться вперед, то изменение свободной энергии, или QG реакции является положительным и реакция считается эндергической-энергия вошла в систему. В растениях строительство молекул глюкозы и кислорода из двуокиси углерода и воды с помощью солнечного света считается эндергическим. Молекулы глюкозы рассматриваются как молекулы, сохраняющие энергию.

И наоборот, если энергия высвобождается в реакции, то изменение свободной энергии будет отрицательным и реакция считается экзегонной. Продукты имеют меньше свободной энергии, чем реагенты – энергия вышла из системы. Это происходит у животных, которые расщепляют глюкозу с помощью кислорода, чтобы сделать углекислый газ и воду. Энергия молекул глюкозы была высвобождена.

Свободная энергия, сокращённо G в честь учёного Гиббса, открывшего её, это мера полезной энергии которую можно извлечь из реакции для выполнения работы. В зависимости от направления энергии в системе реакции можно считать эндергоническими, экзэргоническими или равновесными. Если нет чистого изменения в G, реакция находится в равновесии, и это может привести к смерти клетки, потому что у них не было бы остаточной энергии для работы.

В результате они остаются вне равновесия путём изменения концентраций реагентов и продуктов для поддержания обмена веществ. В растения преобразование углекислого газа и воды для производства глюкозы и кислорода требует химической энергии, конвертированной из энергии солнечного света. Энергии, попавшая в эту систему, хранится в связях молекулы глюкозы, что делает её эндергонической, или несамопроизвольной, реакцией.

Энергия входит в систему. Обратная реакция происходит при клеточном дыхании, которое расщепляет глюкозу и кислород, чтобы произвести углекислый газ и воду. Эта реакция является экзэргонической, или самопроизвольной энергия, хранящаяся в молекулах глюкозы, высвобождается.