Vrije energie (Gibbs Free Energy, aangeduid door G) is een thermodynamisch concept dat direct betrekking heeft op stabiliteit en werkcapaciteit in chemische en biologische systemen. Hier is hoe:

Vrije energie en stabiliteit:

* Lagere vrije energie =hogere stabiliteit: Een systeem met lagere vrije energie is stabieler. Dit betekent dat het minder waarschijnlijk is om spontaan te veranderen of te reageren. Denk aan een rots op de bodem van een heuvel - het heeft een lagere potentiële energie en is stabieler dan een rots die op de top zit.

* Spontane processen verminderen vrije energie: Processen die spontaan optreden (zonder externe input) resulteren altijd in een afname van de vrije energie van het systeem. Dit is een fundamenteel principe van thermodynamica.

* evenwicht: Een systeem is in evenwicht wanneer de vrije energie minimaal is. Dit betekent dat het systeem zich in zijn meest stabiele toestand bevindt en geen verdere spontane verandering ondergaat.

Vrije energie en werkcapaciteit:

* Vrije energie vertegenwoordigt de maximale hoeveelheid werk die een systeem kan doen: De verandering in vrije energie (ΔG) vertegenwoordigt de hoeveelheid beschikbare energie om nuttig werk te doen.

* Negatief ΔG =werk wordt gedaan door het systeem: Als AG negatief is, geeft het systeem vrije energie af en kan het werk aan zijn omgeving uitvoeren. Dit is een exergonisch proces. Voorbeelden:

* Cellulaire ademhaling:Glucose -afbraak geeft vrije energie vrij, die wordt gebruikt om ATP (adenosinetrifosfaat) te synthetiseren, de energievaluta van cellen.

* Verbranding van brandstof:het verbranden van brandstoffen geeft vrije energie vrij om warmte- en aandrijfmotoren te produceren.

* positief ΔG =werk is vereist voor het proces: Als AG positief is, vereist het systeem energie -input om door te gaan. Dit is een Endergonic -proces. Voorbeelden:

* Eiwitsynthese:cellen moeten vrije energie investeren om nieuwe eiwitten uit aminozuren te creëren.

* Fotosynthese:planten vereisen energie van zonlicht om koolstofdioxide en water om te zetten in glucose.

Key Concepts:

* Enthalpy (H): De totale energie van een systeem, inclusief interne energie- en drukvolumewerk.

* Entropie (s): Een maat voor wanorde of willekeur in een systeem.

* temperatuur (t): Een maat voor de gemiddelde kinetische energie van de deeltjes in een systeem.

De relatie:

De Gibbs Free Energy -vergelijking relateert deze concepten:

ΔG =ΔH - Tδs

* ΔH is de verandering in enthalpie.

* ΔS is de verandering in entropie.

* t is de temperatuur in Kelvin.

Samenvattend:

Gratis energie is een fundamenteel concept in de thermodynamica dat stabiliteit en werkcapaciteit verbindt. Door de relatie tussen vrije energie en deze concepten te begrijpen, kunnen we de richting van spontane processen voorspellen en de energievereisten voor verschillende reacties en processen in biologische systemen analyseren.