197 lines
6.8 KiB
Markdown
197 lines
6.8 KiB
Markdown
Fundamental för all vetenskaper, förstå hur livet fungerar.
|
||
|
||
Vilken riktning tar en kemisk reaktion och kan man kvantifiera det?
|
||
Finns det en benägenhet för en viss riktning och hastighet?
|
||
|
||
Hänger ihop med drivkraften som finns i en viss reaktion.
|
||
- de kan beskriva kvantitativt
|
||
- den termodynamiska aspekten
|
||
|
||
Förhållande mellan
|
||
- tryck
|
||
- volym
|
||
- energi
|
||
- temperatur
|
||
Ursprung från konstruktion av ångmaskiner
|
||
Allmänt regelverk
|
||
|
||
Historik
|
||
1. värme är kopplat till rörelse av små partiklar
|
||
2. värme är ett form av arbete
|
||
3. carnot diskuterade effektiviteten hos en ideal motor och diff temperatur
|
||
1. går aldrig att konstruera en 100% effektiv maskin, finns alltid en liten bit som går förlorad i värme och finns ej överskott
|
||
4. defintion av oordning (entropi) och slumpmässig fördelning
|
||
1. första och andra huvudsatsen
|
||
5. gibbs introducerade begreppet ensemble (N möjliga tillstånd), samband mellan kemisk energi och möjliga samband
|
||
|
||
TD talar om vad som _kan_ ske, inte _hur fort_
|
||
Tre olika system (**fet kan ej utbyta med omgivningen**)
|
||
- isolerat (**energi** **materia**)
|
||
- termos
|
||
- stängt (energi **materia**)
|
||
- glas med lock
|
||
- öppet (energi materia)
|
||
- glas utan lock
|
||
|
||
celler och organismer är **öppna** system
|
||
|
||
Reaktionstyper
|
||
- **exergon** frisättandet av energi (tex värme)
|
||
- eldar med ved
|
||
- exergon = all typ av energi
|
||
- exoterm = värme
|
||
- $ΔG < 0$ (negativ)
|
||
- **jämnvikt** A + B <> C + D
|
||
- finns ingen utbyte av energi mellan systemet och omgivningen
|
||
- till exempel, vatten som stått ett tag i rumstemperatur, kan inte längre utbyte energi med omgivningen
|
||
- $ΔG = 0$
|
||
- **endergon** absorbation av energi (tex värme)
|
||
- främställning av socker mha fotosyntes
|
||
- $ΔG > 0$ (positiv)
|
||
|
||
### Termodynamikens fyra lager
|
||
Genom många försök i kemin har man
|
||
|
||
#### Definitionslag (0)
|
||
Om två system är i jämvikt med ett tredje system är det jämvikt med varandra
|
||
Viktig definition, det tillåter att man kan mäta system t.ex. termometer, för jämförelse
|
||
- gäller en aspekt på ett system
|
||
- koncentration jämvikt != värme jämvikt
|
||
|
||
### 1. Energi omvandlas varken skapas eller förstörs
|
||
Total energin i universums ändras inte
|
||
Summan av all energi i ett separat system behålls
|
||
![[Pasted image 20251111103839.png|200]]
|
||
#### 2. System tenderar att gå från organiserade till oorganiserade tillstånd
|
||
Universums totala entropi ökar
|
||
Blir ett system ordnat måste ett annat be oordnat.
|
||
#### 3. Entropi av ett perfekt (kristallint) ordnat ämne går till 0 när T → 0 K
|
||
Vid denna temperatur är alla partiklar ordnade i sitt **mest stabila** tillstånd, **utan** rörelse eller oordning. Eftersom entropi mäter systemets oordning eller antalet möjliga mikrotillstånd, finns bara ett enda tillstånd kvar – **den fullständigt ordnade kristallen**. Därför blir entropin S = 0. Detta ger en naturlig nollpunkt för entropiskalan och förklarar varför det är omöjligt att nå 0 K: all energiöverföring skulle upphöra och ingen ytterligare minskning av entropin vore möjlig.
|
||
|
||
Ju mindre energi vatten har, ju mer oordnad är den
|
||
oordning = rörelse? Ordningen gäller också tid/rörelse
|
||
|
||
### Entalpi
|
||
$\Delta H = H_{efter} - H_{fore) <0 $
|
||
|
||
"energiinnehållet", en reaktion som _kan_ ske spontant.
|
||
$H = U + PV$
|
||
|
||
**H**: Entalpi, värme som frigörs/absorberas under en kemisk reaktion
|
||
**U**: Intern energi, summan av potentiell och kinetisk energi
|
||
**P**: tryck
|
||
**V**: volym
|
||
|
||
Energiinnehållet beror på bindningarnas energi
|
||
|
||
### Intern energi (E) eller (U) i ett system
|
||
Alla energi kan utbytas:
|
||
|
||
$\Delta E = E_2 - E_1 = q + w$
|
||
|
||
- ∆E är förändring i inre energi
|
||
- E1 är intern energi i tillstånd 1
|
||
- E2 är intern energi i tillstånd 2
|
||
- q är energi (värme) som absorberas av systemet från omgivningen
|
||
- w är arbete som görs på systemet från omgivningen
|
||
|
||
Reaktion t.ex. druvsocker + syre → koldioxid och vatten
|
||
$\Delta H^0 = -2802kJ/mol$
|
||
|
||
- Druvsocker → etanol + koldioxid
|
||
$\Delta H^0 = -66kJ/mol$
|
||
|
||
- Etanol + syre → koldioxid + vatten
|
||
$\Delta H^0 = -2736kJ/mol$
|
||
|
||
Dvs, man kan dela upp en reaktion i mindre steg
|
||
|
||
### Spontan reaktion
|
||
Ökar alltid entropin
|
||
entropi ett mått på oordningen i ett system
|
||
Spontan är gynnsam med tillräckligt med drivkraft för att kunna ske, de är enkelriktade
|
||
![[Pasted image 20251111105409.png|400]]
|
||
|
||
Entropin ökar eftersom det finns fler möjliga sätt att vara oordnad på än ordnad. T.ex. korthus
|
||
|
||
#### Diffusion
|
||
Spontan reaktion som äger rum när t.ex. vätskor med egenskap skilt från omgivningen sprids, blandas och jämnas ut.
|
||
Ofta orsakas diffusion av någon slags slumpvandring
|
||
|
||
### Browns rörelse
|
||
....
|
||
|
||
Andra sätt att förändra entropin
|
||
![[Pasted image 20251111110058.png|400]]
|
||
|
||
**Ju mer molekyler ju mer oordning**
|
||
|
||
Information är negativ entropi
|
||
![[Pasted image 20251111110139.png|500]]
|
||
gäller också information som är lagrad i t.ex. DNA, sker inte spontant, har investerat jättemycket energi för att selektera de sekvenser som fungerar bäst
|
||
|
||
#### Fri energi
|
||
Enkelt sätt att förutsäga en kemisk reaktion
|
||
|
||
$\Delta G = \Delta H_{system} - T\Delta S_{system}$
|
||
- H (entalpi): systemets värmeinnehåll – den energi som frigörs eller upptas vid reaktionen.
|
||
- S (entropi): systemets grad av oordning eller antalet möjliga mikrotillstånd.
|
||
∆G < 0 ⇒ nettoreaktion: A → B
|
||
∆G > 0 ⇒ nettoreaktion: A ← B
|
||
Vid jämvikt är ∆G = 0
|
||
|
||
Vid exergon reaktion
|
||
- ∆G anger vilket max arbete (energiomvandling) systemet kan göra
|
||
- ∆G < 0
|
||
Vid endergon reaktion
|
||
- ∆G > 0
|
||
- ∆G anger den minimala arbetet (energiomvandling) som krävs
|
||
|
||
|
||
ΔG = ΔH - TΔS
|
||
- ΔG (Gibb’s fri energi ändring) → kJ/mol
|
||
- ΔH (Enthalpi ändring) → kJ/mol
|
||
- ΔS (Entropi ändring) → kJ/mol x K
|
||
- T (Temperatur i Kelvin)
|
||
|
||
∆G beror på
|
||
• vilka ämnen som reagerar
|
||
• ämnenas resp. koncentrationer
|
||
För jämförelse mellan reaktioners benägenhet att ske finns:
|
||
|
||
∆G0 dvs ∆G när alla ämnen i reaktionen har koncentrationen 1 M,
|
||
temperaturen är 25 ℃ (298 K) och trycket 1 atmosfär.
|
||
∆G0 är specifikt för en given reaktion.
|
||
Olika reaktioner har olika ∆G0
|
||
|
||
gör att man jämföra olika reaktioner
|
||
|
||
I biokemiska förhållande har man pH 7 = $\Delta G^0$
|
||
|
||
Kemisk jämvikt är när förhållandet mellan reaktanter och produkter inte ändras längre, ∆G = 0
|
||
|
||
Tillståndet för jämvikt när man förbrukat allt
|
||
|
||
jämviktskonstantent är specifik för varje reaktion i en given temperatur
|
||
|
||
∆Go = -RTln(Keq)
|
||
- K = jämviktskonstant
|
||
- R = gaskonstanten
|
||
- T = temp i grader Kelvin
|
||
ln, naturliga logaritm och sålunda är
|
||
K = e -∆G0/RT
|
||
|
||
Om ∆G0 < 0 blir K > 1
|
||
Om ∆G0 = 0 blir K = 1
|
||
Om ∆G0 > 0 blir K < 1
|
||
|
||
Får vi räkneuppgifter. Det är mest teoretiskt, det är ingenting ni ska räkna ut. Behöver förstå koncepten gör mig nöjd.
|
||
|
||
Behöver inte kunna lagar med gaskonstanten.
|
||
|
||
ATP → ADP + $P_i$
|
||
Hur stort är ∆G för ATP hydrolys i RBK?
|
||
37 grader C, [ATP] = 2.25mM, [ADP] = 0.25 mM, [Pi] = 1.65 nM
|
||
R(Gaskonstantent) = 8.315J/mol, ∆G0 = -30.5kJ/mol
|
||
|