Back to chapter

7.6:

Бвободная энСргия

JoVE Core
Biology
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Biology
Free Energy

Languages

Share

Бвободная энСргия, сокращённо G Π² Ρ‡Π΅ΡΡ‚ΡŒ ΡƒΡ‡Ρ‘Π½ΠΎΠ³ΠΎ Гиббса, ΠΎΡ‚ΠΊΡ€Ρ‹Π²ΡˆΠ΅Π³ΠΎ Π΅Ρ‘, это ΠΌΠ΅Ρ€Π° ΠΏΠΎΠ»Π΅Π·Π½ΠΎΠΉ энСргии ΠΊΠΎΡ‚ΠΎΡ€ΡƒΡŽ ΠΌΠΎΠΆΠ½ΠΎ ΠΈΠ·Π²Π»Π΅Ρ‡ΡŒ ΠΈΠ· Ρ€Π΅Π°ΠΊΡ†ΠΈΠΈ для выполнСния Ρ€Π°Π±ΠΎΡ‚Ρ‹. Π’ зависимости ΠΎΡ‚ направлСния энСргии Π² систСмС Ρ€Π΅Π°ΠΊΡ†ΠΈΠΈ ΠΌΠΎΠΆΠ½ΠΎ ΡΡ‡ΠΈΡ‚Π°Ρ‚ΡŒ эндСргоничСскими, экзэргоничСскими ΠΈΠ»ΠΈ равновСсными. Если Π½Π΅Ρ‚ чистого измСнСния Π² G, рСакция находится Π² равновСсии, ΠΈ это ΠΌΠΎΠΆΠ΅Ρ‚ привСсти ΠΊ смСрти ΠΊΠ»Π΅Ρ‚ΠΊΠΈ, ΠΏΠΎΡ‚ΠΎΠΌΡƒ Ρ‡Ρ‚ΠΎ Ρƒ Π½ΠΈΡ… Π½Π΅ Π±Ρ‹Π»ΠΎ Π±Ρ‹ остаточной энСргии для Ρ€Π°Π±ΠΎΡ‚Ρ‹.Π’ Ρ€Π΅Π·ΡƒΠ»ΡŒΡ‚Π°Ρ‚Π΅ ΠΎΠ½ΠΈ ΠΎΡΡ‚Π°ΡŽΡ‚ΡΡ Π²Π½Π΅ равновСсия ΠΏΡƒΡ‚Ρ‘ΠΌ измСнСния ΠΊΠΎΠ½Ρ†Π΅Π½Ρ‚Ρ€Π°Ρ†ΠΈΠΉ Ρ€Π΅Π°Π³Π΅Π½Ρ‚ΠΎΠ² ΠΈ ΠΏΡ€ΠΎΠ΄ΡƒΠΊΡ‚ΠΎΠ² для поддСрТания ΠΎΠ±ΠΌΠ΅Π½Π° вСщСств. Π’ растСния ΠΏΡ€Π΅ΠΎΠ±Ρ€Π°Π·ΠΎΠ²Π°Π½ΠΈΠ΅ углСкислого Π³Π°Π·Π° ΠΈ Π²ΠΎΠ΄Ρ‹ для производства Π³Π»ΡŽΠΊΠΎΠ·Ρ‹ ΠΈ кислорода Ρ‚Ρ€Π΅Π±ΡƒΠ΅Ρ‚ химичСской энСргии, ΠΊΠΎΠ½Π²Π΅Ρ€Ρ‚ΠΈΡ€ΠΎΠ²Π°Π½Π½ΠΎΠΉ ΠΈΠ· энСргии солнСчного свСта. Π­Π½Π΅Ρ€Π³ΠΈΠΈ, попавшая Π² эту систСму, хранится Π² связях ΠΌΠΎΠ»Π΅ΠΊΡƒΠ»Ρ‹ Π³Π»ΡŽΠΊΠΎΠ·Ρ‹, Ρ‡Ρ‚ΠΎ Π΄Π΅Π»Π°Π΅Ρ‚ Π΅Ρ‘ эндСргоничСской, ΠΈΠ»ΠΈ Π½Π΅ΡΠ°ΠΌΠΎΠΏΡ€ΠΎΠΈΠ·Π²ΠΎΠ»ΡŒΠ½ΠΎΠΉ, Ρ€Π΅Π°ΠΊΡ†ΠΈΠ΅ΠΉ.ЭнСргия Π²Ρ…ΠΎΠ΄ΠΈΡ‚ Π² систСму. ΠžΠ±Ρ€Π°Ρ‚Π½Π°Ρ рСакция происходит ΠΏΡ€ΠΈ ΠΊΠ»Π΅Ρ‚ΠΎΡ‡Π½ΠΎΠΌ Π΄Ρ‹Ρ…Π°Π½ΠΈΠΈ, ΠΊΠΎΡ‚ΠΎΡ€ΠΎΠ΅ расщСпляСт Π³Π»ΡŽΠΊΠΎΠ·Ρƒ ΠΈ кислород, Ρ‡Ρ‚ΠΎΠ±Ρ‹ произвСсти углСкислый Π³Π°Π· ΠΈ Π²ΠΎΠ΄Ρƒ. Π­Ρ‚Π° рСакция являСтся экзэргоничСской, ΠΈΠ»ΠΈ ΡΠ°ΠΌΠΎΠΏΡ€ΠΎΠΈΠ·Π²ΠΎΠ»ΡŒΠ½ΠΎΠΉ энСргия, хранящаяся Π² ΠΌΠΎΠ»Π΅ΠΊΡƒΠ»Π°Ρ… Π³Π»ΡŽΠΊΠΎΠ·Ρ‹, высвобоТдаСтся.

7.6:

Бвободная энСргия

Бвободная энСргия, сокращСнно G ΠΏΠΎ ΠΈΠΌΠ΅Π½ΠΈ ΡƒΡ‡Π΅Π½ΠΎΠ³ΠΎ Гиббса, ΠΊΠΎΡ‚ΠΎΡ€Ρ‹ΠΉ ΠΎΡ‚ΠΊΡ€Ρ‹Π» Π΅Π΅, являСтся Π²Π΅Π»ΠΈΡ‡ΠΈΠ½ΠΎΠΉ ΠΏΠΎΠ»Π΅Π·Π½ΠΎΠΉ энСргии, которая ΠΌΠΎΠΆΠ΅Ρ‚ Π±Ρ‹Ρ‚ΡŒ ΠΈΠ·Π²Π»Π΅Ρ‡Π΅Π½Π° ΠΈΠ· Ρ€Π΅Π°ΠΊΡ†ΠΈΠΈ Π½Π° Ρ€Π°Π±ΠΎΡ‚Ρƒ. Π­Ρ‚ΠΎ энСргия Π² химичСской Ρ€Π΅Π°ΠΊΡ†ΠΈΠΈ, которая доступна послС энтропии. Π Π΅Π°ΠΊΡ†ΠΈΠΈ, Π² ΠΊΠΎΡ‚ΠΎΡ€Ρ‹Ρ… принимаСтся энСргия, ΡΡ‡ΠΈΡ‚Π°ΡŽΡ‚ΡΡ эндСргоничСскиС ΠΈ Ρ€Π΅Π°ΠΊΡ†ΠΈΠΈ, Π° Ρ‚Π΅, Π² ΠΊΠΎΡ‚ΠΎΡ€Ρ‹Ρ… Π²Ρ‹ΡΠ²ΠΎΠ±ΠΎΠΆΠ΄Π°ΡŽΡ‚ΡΡ энСргия, ΡΠ²Π»ΡΡŽΡ‚ΡΡ экзСргоничСскими. РастСния Π²Ρ‹ΠΏΠΎΠ»Π½ΡΡŽΡ‚ эндСргоничСскиС Ρ€Π΅Π°ΠΊΡ†ΠΈΠΈ, принимая солнСчный свСт ΠΈ углСкислый Π³Π°Π· для производства Π³Π»ΡŽΠΊΠΎΠ·Ρ‹ ΠΈ кислорода. Π’ свою ΠΎΡ‡Π΅Ρ€Π΅Π΄ΡŒ, ΠΆΠΈΠ²ΠΎΡ‚Π½Ρ‹Π΅ ΠΈΠ·Ρ‹ΠΌΠ°ΡŽΡ‚ Π³Π»ΡŽΠΊΠΎΠ·Ρƒ ΠΈΠ· растСний с ΠΏΠΎΠΌΠΎΡ‰ΡŒΡŽ кислорода ΠΈ Π΄Π΅Π»Π°ΡŽΡ‚ углСкислый Π³Π°Π· ΠΈ Π²ΠΎΠ΄Ρƒ. Когда систСма находится Π² равновСсии, Π½Π΅Ρ‚ Π½ΠΈΠΊΠ°ΠΊΠΈΡ… чистых ΠΈΠ·ΠΌΠ΅Π½Π΅Π½ΠΈΠΉ Π² свободной энСргии. Для Ρ‚ΠΎΠ³ΠΎ, Ρ‡Ρ‚ΠΎΠ±Ρ‹ ΠΊΠ»Π΅Ρ‚ΠΊΠΈ ΠΌΠΎΠ³Π»ΠΈ ΠΏΠΎΠ΄Π΄Π΅Ρ€ΠΆΠΈΠ²Π°Ρ‚ΡŒ ΠΎΠ±ΠΌΠ΅Π½ вСщСств ΠΈ ΠΎΡΡ‚Π°Π²Π°Ρ‚ΡŒΡΡ Π² ΠΆΠΈΠ²Ρ‹Ρ…, ΠΎΠ½ΠΈ Π΄ΠΎΠ»ΠΆΠ½Ρ‹ Π΄Π΅Ρ€ΠΆΠ°Ρ‚ΡŒΡΡ Π²Π½Π΅ равновСсия, постоянно мСняя ΠΊΠΎΠ½Ρ†Π΅Π½Ρ‚Ρ€Π°Ρ†ΠΈΠΈ Ρ€Π΅Π°Π³Π΅Π½Ρ‚ΠΎΠ² ΠΈ ΠΏΡ€ΠΎΠ΄ΡƒΠΊΡ‚ΠΎΠ²

Бвободная энСргия

НаправлСниС ΠΏΠΎΡ‚ΠΎΠΊΠ° энСргии Ρ‡Π΅Ρ€Π΅Π· систСму опрСдСляСт, являСтся Π»ΠΈ рСакция эндСргонной ΠΈΠ»ΠΈ экзСргонной. БистСмы Π±Π΅Π· чистых ΠΈΠ·ΠΌΠ΅Π½Π΅Π½ΠΈΠΉ Π² свободной энСргии ΡΡ‡ΠΈΡ‚Π°ΡŽΡ‚ΡΡ находящимися Π² равновСсии. Π‘ΠΎΠ»ΡŒΡˆΠΈΠ½ΡΡ‚Π²ΠΎ химичСских Ρ€Π΅Π°ΠΊΡ†ΠΈΠΉ ΠΎΠ±Ρ€Π°Ρ‚ΠΈΠΌΡ‹ – ΠΎΠ½ΠΈ ΠΌΠΎΠ³ΡƒΡ‚ ΠΏΡ€ΠΎΠ΄ΠΎΠ»ΠΆΠ°Ρ‚ΡŒΡΡ Π² ΠΎΠ±ΠΎΠΈΡ… направлСниях. Π§Ρ‚ΠΎΠ±Ρ‹ ΠΎΡΡ‚Π°Ρ‚ΡŒΡΡ Π² ΠΆΠΈΠ²Ρ‹Ρ…, ΠΊΠ»Π΅Ρ‚ΠΊΠΈ Π΄ΠΎΠ»ΠΆΠ½Ρ‹ ΠΎΡΡ‚Π°Π²Π°Ρ‚ΡŒΡΡ Π²Π½Π΅ равновСсия, постоянно мСняя ΠΊΠΎΠ½Ρ†Π΅Π½Ρ‚Ρ€Π°Ρ†ΠΈΠΈ Ρ€Π΅Π°Π³Π΅Π½Ρ‚ΠΎΠ² ΠΈ ΠΏΡ€ΠΎΠ΄ΡƒΠΊΡ‚ΠΎΠ², Ρ‚Π°ΠΊ Ρ‡Ρ‚ΠΎ ΠΌΠ΅Ρ‚Π°Π±ΠΎΠ»ΠΈΠ·ΠΌ ΠΏΡ€ΠΎΠ΄ΠΎΠ»ΠΆΠ°Π΅Ρ‚ Ρ€Π°Π±ΠΎΡ‚Π°Ρ‚ΡŒ.

ЭндСргоничСскиС ΠΏΡ€ΠΎΡ‚ΠΈΠ² экзСргоничСских Ρ€Π΅Π°ΠΊΡ†ΠΈΠΉ

Если рСакция Ρ‚Ρ€Π΅Π±ΡƒΠ΅Ρ‚ Π²Π²ΠΎΠ΄Π° энСргии, Ρ‡Ρ‚ΠΎΠ±Ρ‹ Π΄Π²ΠΈΠ³Π°Ρ‚ΡŒΡΡ Π²ΠΏΠ΅Ρ€Π΅Π΄, Ρ‚ΠΎ ΠΈΠ·ΠΌΠ΅Π½Π΅Π½ΠΈΠ΅ свободной энСргии, ΠΈΠ»ΠΈ QG Ρ€Π΅Π°ΠΊΡ†ΠΈΠΈ являСтся ΠΏΠΎΠ»ΠΎΠΆΠΈΡ‚Π΅Π»ΡŒΠ½Ρ‹ΠΌ ΠΈ рСакция считаСтся эндСргичСской-энСргия вошла Π² систСму. Π’ растСниях ΡΡ‚Ρ€ΠΎΠΈΡ‚Π΅Π»ΡŒΡΡ‚Π²ΠΎ ΠΌΠΎΠ»Π΅ΠΊΡƒΠ» Π³Π»ΡŽΠΊΠΎΠ·Ρ‹ ΠΈ кислорода ΠΈΠ· двуокиси ΡƒΠ³Π»Π΅Ρ€ΠΎΠ΄Π° ΠΈ Π²ΠΎΠ΄Ρ‹ с ΠΏΠΎΠΌΠΎΡ‰ΡŒΡŽ солнСчного свСта считаСтся эндСргичСским. ΠœΠΎΠ»Π΅ΠΊΡƒΠ»Ρ‹ Π³Π»ΡŽΠΊΠΎΠ·Ρ‹ Ρ€Π°ΡΡΠΌΠ°Ρ‚Ρ€ΠΈΠ²Π°ΡŽΡ‚ΡΡ ΠΊΠ°ΠΊ ΠΌΠΎΠ»Π΅ΠΊΡƒΠ»Ρ‹, ΡΠΎΡ…Ρ€Π°Π½ΡΡŽΡ‰ΠΈΠ΅ ΡΠ½Π΅Ρ€Π³ΠΈΡŽ.

И Π½Π°ΠΎΠ±ΠΎΡ€ΠΎΡ‚, Ссли энСргия высвобоТдаСтся Π² Ρ€Π΅Π°ΠΊΡ†ΠΈΠΈ, Ρ‚ΠΎ ΠΈΠ·ΠΌΠ΅Π½Π΅Π½ΠΈΠ΅ свободной энСргии Π±ΡƒΠ΄Π΅Ρ‚ ΠΎΡ‚Ρ€ΠΈΡ†Π°Ρ‚Π΅Π»ΡŒΠ½Ρ‹ΠΌ ΠΈ рСакция считаСтся экзСгонной. ΠŸΡ€ΠΎΠ΄ΡƒΠΊΡ‚Ρ‹ ΠΈΠΌΠ΅ΡŽΡ‚ мСньшС свободной энСргии, Ρ‡Π΅ΠΌ Ρ€Π΅Π°Π³Π΅Π½Ρ‚Ρ‹ – энСргия Π²Ρ‹ΡˆΠ»Π° ΠΈΠ· систСмы. Π­Ρ‚ΠΎ происходит Ρƒ ΠΆΠΈΠ²ΠΎΡ‚Π½Ρ‹Ρ…, ΠΊΠΎΡ‚ΠΎΡ€Ρ‹Π΅ Ρ€Π°ΡΡ‰Π΅ΠΏΠ»ΡΡŽΡ‚ Π³Π»ΡŽΠΊΠΎΠ·Ρƒ с ΠΏΠΎΠΌΠΎΡ‰ΡŒΡŽ кислорода, Ρ‡Ρ‚ΠΎΠ±Ρ‹ ΡΠ΄Π΅Π»Π°Ρ‚ΡŒ углСкислый Π³Π°Π· ΠΈ Π²ΠΎΠ΄Ρƒ. ЭнСргия ΠΌΠΎΠ»Π΅ΠΊΡƒΠ» Π³Π»ΡŽΠΊΠΎΠ·Ρ‹ Π±Ρ‹Π»Π° высвобоТдСна.

Suggested Reading

Mayorga, Luis S., María José López, and Wayne M. Becker. “Molecular Thermodynamics for Cell Biology as Taught with Boxes.” CBE Life Sciences Education 11, no. 1 (2012): 31–38. [Source]