Treść książki
Przejdź do opcji czytnikaPrzejdź do nawigacjiPrzejdź do informacjiPrzejdź do stopki
10
CzęśćIPodstawytransportumaterii,energiiiładunkuelektrycznegowukładachbiologicznych
zmianęentalpiio71kJ.Wynikaztego,żegdybyreakcja
zachodziłaodwracalnie,nietylkocałazmianaentalpii
mogłabybyćwykorzystanawformiepracy,leczprzydo-
starczeniuukładowi71kJciepłanapokrycieprzyrostu
energiizwiązanej(TΔS)otęwartośćpracawykonana
przekraczałabywartośćzmianyentalpii,czylioniecałe
3%.Miarąwykonanejpracywwarunkachodwracalnych
przystałejtemperaturzeistałymciśnieniujestubytek
entalpiiswobodnej.
Sposób,wjakiorganizmżywywykorzystujeentalpię
swobodnądowykonaniaróżnegorodzajuprac,takich
jak:skurczmięśniowy,transportaktywny,syntezache-
micznaiwieleinnych,jestdośćskomplikowany.Żeby
proceswmiaręprzybliżyćdoodwracalnego,odbywasię
onetapami,przezkolejneprocesyutlenianiaróżnych
substratów,prowadzącdokumulacjienergiiwkwasie
adenozynotrifosforowym(adenosinetriphosphate,ATP).
Związektenjestuniwersalnymźródłemenergii,zktó-
regoorganizmżywykorzystaprzywykonywaniuwie-
lorakichczynności.Procestennieodbywasięze100%
wydajnością,około60%entalpiiswobodnejtracisięna
ciepłowprocesachnieodwracalnych.Jednakitęstra-
tęorganizmwykorzystujedoutrzymaniatemperatury
wyższejodotoczenia.
1.2.5.
POTENCJAŁCHEMICZNY
LeszekKubisz,FeliksJaroszyk,AndrzejPilawski
Zmianyfunkcjitermodynamicznych,takichjakentro-
pia,entalpiaswobodnaczyenergiaswobodna,następują
wprzypadkuwieluprocesów,np.wtrakciemieszania
gazów.Jeżelimieszaninaigazówznajdujesięwtempe-
raturzeT,przyciśnieniup,orazzawieran
imolikażdego
zgazów,toentalpiaswobodnaG
igazuiwmieszaninie
wyrażasięwzorem:
G
i
1
G
0
i
+
RTn
i
ln
x
i
(1.17)
gdzieGi
0toentalpiaswobodnaskładnikaiprzedzmieszaniem,
czylijegoentalpiaswobodnawstanieczystym,wtemperaturze
Tiprzyciśnieniup,ax
i-jegoułamekmolowy,czylistosunek
liczbymolin
iskładnikaidoliczbymoliwszystkichskładników.
Abywyprowadzićostatnierównanie,ograniczmysię
domieszaninyzawierającejdwagazy,któremieszamy
wwarunkachizotermicznych,gdziekażdyzgazówma
ciśnieniep.GazywprowadzamydoobjętościV=V
1+
V
2,aciśnienieppanującewmieszaniniejestsumąci-
śnieńparcjalnych(cząstkowych)każdegozeskładników:
p=p
1+p
2.Zmianyentropiikażdegozgazówwynoszą:
PRZYKŁAD4
Syntezasacharozy
Syntezasacharozyjestreakcjąendoergiczną,jakoże
zmianaentalpiiswobodnejjestdodatnia,∆G=23kJlmol,
iprocesniemożeprzebiegaćspontanicznie.Spontanicz-
niemożenatomiastzachodzićproceshydrolizysacharozy
wkierunkuglukozyifruktozy:
'
S
i
1
'
T
Q
i
(1.18)
Ponieważprocesmieszaniazachodziwwarunkach
izotermicznych,zatemciepłoΔQ
ipobraneprzezi-tygaz
zużywanejestnapracęobjętościowąW
i:
glukoza+fruktoza→sacharoza+H
2OΔG
m=23kJlmol
V
'Q
i
1-
W
i
1
V
³
i
pdV
1
nRTln
V
V
i
1-
nRT
p
p
i
(1.19)
Jakwspomniano,reakcjaendoergicznajestmożli-
wa,jeżelipozostajesprzężonazinnąreakcjąegzoer-
gicznąodostatecznieujemnejzmianieentalpiiswo-
bodnej.Wtymprzypadkujesttoreakcjafosforylacji
glukozyzapomocąATP
,którastanowiźródłoentalpii
swobodnej:
stąd:
'S
i
1
nRln
i
p
p
i
(1.20)
Zmieszaniedwóchgazówspowodujewzrostentropii:
ATP+glukoza→glukozo-l-fosforan+ADP
,ΔG
m=-29kJlmol
'SnRln
1
1
p
p
1
+
nRln
2
p
p
2
Powprowadzeniuułamkówmolowych:
(1.21)
Następnie:
glukozo-l-fosforan+fruktozasacharoza+P
,
x
1
1
n
1
n
+
1
n
2
1
p
p
1
uzyskamy:
x
2
1
n
1
n
+
2
n
2
1
p
p
2
ΔG
m=0,P-resztafosforanowa
Wsumieotrzymamy:
ΔS=-nR(x
1lnx
1+x
2lnx
2)
(1.22)
ATP+glukoza+fruktoza→sacharoza+ADP+P
,
Zatemzmianyenergiiswobodnejientalpiiswobod-
nejspowodowanemieszaniemsięNgazów:
ΔG
m=-29kJlmol
Reakcjasyntezysacharozyzglukozyifruktozymoże
zatemzachodzićwsprzężeniujejzreakcjąegzoergiczną,
kosztementalpiiswobodnejtejostatniej.
'
F
1
'
G
1-
TS
'
1
RTn
¦
i
N
1
1
x
i
ln
x
i
(1.23)
