소개
엔트로피와 엔탈피의 변화를 설명하기 위해 J. Willard Gibbs는 Gibbs Energy Change 또는 Gibbs 잠재적 G라는 새로운 기능을 정의했습니다.이 기능은 압력과 온도의 변화와 무관합니다. 깁스 에너지의 변화는 해당 상태가 어떻게 달성되었는지가 아니라 시스템 상태에만 의존합니다.
표준 조건 하에서 성분 요소로부터 화합물의 형성과 관련된 깁스 에너지의 변화는 표준 깁스 자유 형성 에너지로 알려져있다. 비율 또는 평형과 같은 과정의 자유 에너지의 개념 및 표준 공정의 자유 에너지는 종종 평형을 이루는 경우가 종종 있으며, 이는 조사중인 과정 또는 기타 표준 반응이 될 수 있습니다.
표준 깁스 자유 에너지
일정한 압력 및 온도에서 열역학적 시스템으로 수행 할 수있는 최대 작업 (또는 가역적) 작업은 Gibbs Energy라고합니다. 열역학의 가역적 작업은 시스템이 환경과 완벽하게 평형을 이루는 방식으로 작업이 수행되는 방법을 의미합니다. 화학 반응과 관련하여, 가역적이라는 단어는 반응이 동시에 양방향으로 수행 될 수 있고 동적 평형이 항상 유지된다는 것을 의미합니다. 이것은 또한 자유 에너지의 감소와 함께 반응이 양방향으로 진행되어야한다는 것을 의미합니다. 이는 평형에서 시스템의 Gibbs 에너지가 최소 값에 도달하는 경우에만 가능합니다. 그렇지 않으면 시스템이 자발적으로 낮은 자유 에너지 구성으로 전환됩니다.
깁스 자유 에너지의 방정식/공식
온도 및 압력 및 광범위한 특성 (u, g, a)과 같은 집중적 인 특성이 일정 할 때 열역학 시스템이 평형 상태라고 말할 수 있습니다. 아래에 주어진 방정식을 보면 반응이 가역적이고 Gibbs 자유 에너지가 0이면 시스템이 평형 상태에 있다고 말할 수 있습니다.
흡열 반응을위한
반응이 흡열 성이 되려면, 반응 엔탈피의 변화의 가치 (∆RH)는 크고 양수이며,이에서 과정은 두 가지 조건에서 자발적이다 :-
- 깁스 자유 에너지 값을 부정적으로 만들기 위해 온도가 매우 높아야합니다.
- 엔트로피의 변화는 깁스 자유 에너지를 부정적으로 만들기 위해 매우 높아야합니다.
반응이 발열 성이 되려면, 시스템의 엔탈피 (∆RH)는 항상 음성이어야하여 깁스 자유 에너지 (∆RG)를 음성으로 만듭니다.
깁스 자유 에너지의 단위는 킬로 제일입니다. 일반적으로 kj/mol.
로 표시됩니다반응의 자발성
반응은 유리합니다. 이는 자발적으로 - ΔG의 값은 음수입니다.
반응은 유리하지 않아 자발적이지 않다는 것을 의미합니다. ΔG의 값은 양수입니다.
깁스 자유 에너지 (ΔRG)의 값이 0 인 경우 반응은 평형 상태라고합니다.
생화학 반응의 표준 자유 에너지 변화
생화학 적 반응에서, 표준 자유 에너지 변화는 일반적으로 G로 표현되며, 이는 pH =7에서 수용액에서 반응의 자유 에너지 변화인데, 이는 대략 세포 내의 조건에 해당한다. 대부분의 생물학적 반응 (예 :거대 분자 합성)은 세포 조건 하에서 열역학적으로 바람직하지 않다 (G> 0). 이러한 반응이 발생하기 위해서는 추가 에너지 원이 필요합니다. 예를 들어, 반응을 고려하십시오 :
a⇌b ∆G =-10kj/mol
A에서 B 로의 전환은 에너지 적으로 바람직하지 않으므로 반응은 전방 방향이 아닌 역 방향으로 진행됩니다. 그러나, 반응은 a에서 b 로의 전환을 통합하여 전방 방향으로 구동 될 수있다.
.C g D, ∆G =+20kj/mol
이 두 반응이 혼합 될 때, 결합 반응은 다음과 같이 기록 될 수있다 :-
a+c+b+d, ∆G =-10kj/mol
결합 된 반응의 G는 개별 성분의 자유 에너지 변화의 합이므로, 결합 반응은 에너지 적으로 유리하며 기술 된 바와 같이 진행될 것이다. 따라서, A a to B의 에너지 적으로 불리한 전환은 자유 에너지의 크게 감소하는 두 번째 반응으로의 결합에 의해 구동된다. 효소는 이러한 결합 된 반응의 조정 된 실행을 담당한다.
세포는이 기본 메커니즘을 사용하여 생물학적 시스템에서 발생 해야하는 많은 에너지 적으로 불리한 반응을 유도합니다. 아데노신 -5- 트로프페이트 (ATP)는 세포 내부의 자유 에너지 저장으로 역할을 함으로써이 과정에서 중심적인 역할을합니다.
.결론
위의 섹션에서 반응은 한 형태에서 다른 형태로의 물질의 변화로 가장 광범위한 의미로 해석 될 수 있습니다. 이러한 화학 반응 외에도, 반응은 얼음 (반응물)이 액체 물 (생성물), 별 내부에서 발생하는 핵 반응 또는 초기 우주의 기본 입자 반응으로 전환하는 것만 큼 단순 할 수 있습니다. 과정이 무엇인지, 자발적인 변화의 방향 (일정한 온도 및 압력에서)은 항상 자유 에너지를 감소시키는 방향에 있습니다. 세포의 기능을 위해서는 신체의 영속 반응이 자발적이어야합니다. 우리 몸에 비 자발적 반응이 있지만, 우리는 세포가 더 복잡한 기능을 수행 할 수 있도록 열역학적으로 유리한 (exergonic) 반응과 결합 할 수 있습니다.
