Πληροφορίες

2020_Winter_Bis2a_Facciotti_Lecture_06 - Βιολογία

2020_Winter_Bis2a_Facciotti_Lecture_06 - Βιολογία


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Μαθησιακοί Στόχοι που σχετίζονται με το 2020_Winter_Bis2a_Facciotti_Lecture_06

  • Αναπτύξτε μια «ενεργειακή ιστορία» για μια βιολογική ή βιοχημική αντίδραση χρησιμοποιώντας τον πρώτο και δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής. Περιγράψτε γεγονότα με όρους ενέργειας, επίγνωσης της εξοικονόμησης ενέργειας, μεταφοράς ενέργειας, εντροπίας και στη συνέχεια συσχετίστε τα με αυτό που συμβαίνει σε μοριακό επίπεδο.
  • Εξηγήστε τον πρώτο νόμο της θερμοδυναμικής (διατήρηση της ενέργειας).
  • Εξηγήστε τον δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής (η εντροπία αυξάνεται) και πώς σχετίζεται με τις βιολογικές αντιδράσεις.
  • Περιγράψτε τη σχέση μεταξύ ελεύθερης ενέργειας και χημικής ισορροπίας χρησιμοποιώντας την εξίσωση ΔG° = -RTlnKeq, επικαλώντας ρητά τις κατάλληλες «αρχικές» και «τελικές» καταστάσεις (όπως Έγινε σε μια Ενεργειακή Ιστορία).
  • Ερμηνεύστε τα διαγράμματα συντεταγμένων αντίδρασης και συσχετίστε τις αλλαγές στην ενθαλπία Gibbs και την ενέργεια ενεργοποίησης με σχετικούς ρυθμούς αντιδράσεων, συνθήκες ισορροπίας και εάν μια αντίδραση είναι ενδρογόνος ή εξεργετική.
  • Κατανοήστε πώς να χρησιμοποιήσετε την εξίσωση ΔG = ΔH - TΔS και εξηγήστε τι αντιπροσωπεύει κάθε όρος.
  • Ερμηνεύστε έναν βιοχημικό μετασχηματισμό και προβλέψτε αν η αντίδραση είναι αυθόρμητη χρησιμοποιώντας ένα διάγραμμα συντεταγμένων αντίδρασης ενθαλπίας (ενέργειας) Gibbs.
  • Προβλέψτε αν δύο αντιδράσεις μπορούν να είναι θεωρητικά παραγωγικόςπολύ συζευγμένο ερμηνεύοντας πίνακες τυπικής ενθαλπίας Gibbs.
  • Περιγράψτε την έννοια της ισορροπίας στο το πλαίσιο του διαγράμματα συντεταγμένων αντίδρασης.

Ύλη και Ενέργεια στη Βιολογία

Ύλη και Ενέργεια

Οι έννοιες της ύλης και της ενέργειας είναι απαραίτητες για όλους τους επιστημονικούς κλάδους. Χρησιμοποιούμε τον όρο σε ποικίλα πλαίσια στην καθημερινή ζωή:

  • «Μπορούμε να μετακινήσουμε τον καναπέ αύριο; δεν το εχω ενέργεια.”
  • "Γεια σου φίλε! Σβησε το φως. Πρέπει να συντηρηθούμε ενέργεια.”
  • «Αυτό είναι υπέροχο ενέργεια ποτό."

Σε ορισμένα μαθήματα επιστήμης, οι μαθητές λένε ότι η ενέργεια έρχεται σε διάφορες μορφές (δηλαδή κινητική, θερμική,ηλεκτρικός,δυναμικό, κλπ.). Αυτό μπορεί μερικές φορές να δυσκολέψει την κατανόηση του τι ακριβώς «είναι» η ενέργεια. Συσχετίζουμε επίσης την έννοια της ενέργειας με πολλές εξισώσεις, η καθεμία με διαφορετικές μεταβλητές, αλλά με κάποιο τρόπο όλες φαίνεται ότι καταλήγουν να έχουν μονάδες εργασίας. Περίμενε! Εργασία? Νόμιζα ότι μιλούσαμε για ενέργεια;!

Δεδομένων όλων των διαφορετικών πλαισίων και μερικές φορές φαινομενικά αντιφατικών θεραπειών και ορισμών, είναι εύκολο να καταλάβουμε γιατί αυτά τα θέματα φαίνονται προκλητικά για πολλούς μαθητές και μερικές φορές καταλήγουν να τα απενεργοποιούν από τα θέματα και ακόμη και τα πεδία που χρησιμοποιούν σε μεγάλο βαθμό αυτές τις ιδέες. Ενώ οι έννοιες της ύλης και της ενέργειας συνδέονται συχνότερα με τη χημεία και τη φυσική, αποτελούν κεντρικές ιδέες στη βιολογία και δεν κρυβόμαστε από αυτό στο BIS2A. Από αυτή την άποψη, οι εκπαιδευτικοί μας στόχοι είναι να βοηθήσουμε τους μαθητές να αναπτύξουν ένα πλαίσιο πουβοήθειαχρησιμοποιούν τις έννοιες της ύλης και της ενέργειας για να:

  • περιγράφει με επιτυχία βιολογικές αντιδράσεις και μετασχηματισμούς·
  • δημιουργήστε μοντέλα και υποθέσεις για το «πώς λειτουργούν τα πράγματα» στη βιολογία που περιλαμβάνουν ρητά την ύλη και την ενέργειακαι;
  • να είναι επιστημονικά ορθές και να μεταφέρουν αυτές τις ιδέες σε νέα προβλήματακαθώςάλλους κλάδους.

Ενώ μπορεί να υπάρχειένα ζευγάρι απόεξισώσεις που σχετίζονται με την ενέργεια για εκμάθηση και χρήση στο BIS2A, το επίκεντρο του μαθήματος θα είναι η εύρωστη ανάπτυξη των εννοιών της ενέργειας και της ύλης και η χρήση τους στην ερμηνεία βιολογικών φαινομένων.

Κίνητρο για ΜάθησηΣχετικά μεΎλη και Ενέργεια

Οι συζητήσεις για την ύλη και την ενέργεια κάνουν μερικούς μαθητές του BIS2A λίγο ανήσυχους.Παρά όλα αυτά, αυτά τα θέματα δεν ανήκουν στη χημεία ή τη φυσική; Ωστόσο, οι μετασχηματισμοί της μεταφοράς ύλης και ενέργειας δεν είναι φαινόμενα που προορίζονται για τους χημικούς και τους φυσικούς ή ακόμα και για επιστήμονες και μηχανικούς. Κατανόηση,εννοιολογώντας, και το να κάνετε κάποια βασική λογιστική των μετασχηματισμών της ύλης και των μεταφορών ενέργειας είναι θεμελιώδεις δεξιότητες ανεξάρτητα από το επάγγελμα ή την ακαδημαϊκή κατάρτιση. Ο επιστήμονας μπορεί να χρειάζεται πιο αυστηρές και συστηματικές περιγραφές αυτών των μεταμορφώσεων από τον καλλιτέχνη, αλλά και οι δύο χρησιμοποιούν αυτές τις δεξιότητες σε διάφορα σημεία της προσωπικής ή επαγγελματικής τους ζωής. Πάρτε τα ακόλουθα παραδείγματα:

Παράδειγμα 1: Μετασχηματισμός ύλης και ενέργειας στην υπερθέρμανση του πλανήτη

Ας εξετάσουμε για λίγο ένα θέμα που μας επηρεάζει όλους, την υπερθέρμανση του πλανήτη. Στον πυρήνα του βρίσκεται ένα σχετικά απλό μοντέλο πουβασίζεταισχετικά με την κατανόησή μας για την ενέργεια στην ηλιακή ακτινοβολία, τη μεταφορά αυτής της ενέργειας με την ύλη στη Γη και τον ρόλο και τον κύκλο των βασικών αερίων που περιέχουν άνθρακα στην ατμόσφαιρα της Γης. Με απλά λόγια, η ηλιακή ενέργεια χτυπά τη γη και μεταφέρει ενέργεια στην επιφάνειά της, θερμαίνοντάς την. Μέρος αυτής της ενέργειας μεταφέρεται πίσω στο διάστημα. Ωστόσο, ανάλογα με τη συγκέντρωση του διοξειδίου του άνθρακα (και άλλων λεγόμενων αερίων του θερμοκηπίου) διαφορετικές ποσότητες αυτής της ενέργειας μπορεί να «παγιδευτούν» στην ατμόσφαιρα της Γης. Πολύ λίγο διοξείδιο του άνθρακα και σχετικά λίγη ενέργεια/θερμότηταείναι παγιδευμένος- η Γη παγώνει και γίνεται αφιλόξενη για ζωή.Παγιδεύεται πάρα πολύ διοξείδιο του άνθρακα και πολλή θερμότητα- η Γη υπερθερμαίνεται και γίνεται αφιλόξενη για ζωή. Επομένως, είναι λογικό ότι μηχανισμοί (βιολογικοί ή άλλοι) που επηρεάζουν τα επίπεδα διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα μπορεί να είναι σημαντικό να ληφθούν υπόψη στην ιστορία της υπερθέρμανσης του πλανήτη και ότι η ανάπτυξη μιας καλής κατανόησης των φαινομένων υπερθέρμανσης του πλανήτη απαιτεί την ανίχνευση ροή του άνθρακα και του οξυγόνου (ύλης) μέσω των διαφορετικών μορφών τους και των μηχανισμών με τους οποίους η ενέργειαμεταφέρεταιπρος και από διαφορετικά στοιχεία του συστήματος.

Παράδειγμα 2: Μυϊκή σύσπαση

Ας εξετάσουμε τώρα ένα πιο προσωπικό παράδειγμα, την κάμψη ενός βραχίονα που ξεκινά από μια εκτεταμένη θέση και καταλήγει σε μια κάμψη. Όπως οι περισσότερες διαδικασίες, έτσι και αυτή μπορείνα περιγραφείκαι κατανοείται σε διάφορα επίπεδα λεπτομέρειας: από την ανατομική άποψη όπου το σύστημααποτελείται απόμύες, δέρμα και οστά στη μοριακή άποψη όπου το σύστημασυντίθεταιμεμονωμένων βιομορίων που αλληλεπιδρούν. Σε οποιοδήποτε επίπεδο λεπτομέρειας, αν θέλουμε να δημιουργήσουμε μια ιστορία που να περιγράφει αυτή τη διαδικασία, γνωρίζουμε ότι: (α) η περιγραφή πρέπει να περιλαμβάνει μια λογιστική για το τι συνέβη στο θέμα στο σύστημα (αυτό περιλαμβάνει την αλλαγή στη θέση των μορίων που δημιουργούν επάνω στα διάφορα μέρη του βραχίονα και το καύσιμο «κάηκε» για να τον μετακινήσει) και (β) ότι λίγο καύσιμοκάηκεγια να ξεκινήσει η κίνηση και ως εκ τούτου, ότι οποιαδήποτε περιγραφή της διαδικασίας πρέπει να περιλαμβάνει και λογιστική αλλαγή στοενέργεια του συστήματος. Με απλούστερους όρους, αυτό σημαίνει απλώς ότι αν θέλετε να περιγράψετε μια διαδικασία όπου κάτι έχει συμβεί, πρέπει να περιγράψετε τι συνέβη με τα «πράγματα» στο σύστημα και τι συνέβη με την ενέργεια στο σύστημα για να πραγματοποιηθεί η διαδικασία.

Δεν μπορούμε να καλύψουμε όλα τα παραδείγματα μεταφοράς ύλης και ενέργειας στο BIS2A. Όμως, θα εξερευνούμε συχνά αυτά τα ζητήματα και θα εξασκούμαστε στην περιγραφή μετασχηματισμών που συμβαίνουν στη Φύση με μια δομημένη και ρητή προσοχή στο τι συμβαίνει στην ύλη και την ενέργεια σε ένα σύστημα καθώς αλλάζει. Θα κάνουμε αυτή την άσκηση σε διαφορετικά δομικά επίπεδα στη βιολογία, από το μοριακό επίπεδο (όπως μια μεμονωμένη χημική αντίδραση) έως πιο μεγάλης κλίμακας και αφηρημένα μοντέλα όπως ο κύκλος των θρεπτικών ουσιών στο περιβάλλον. Θα εξασκήσουμε αυτή τη δεξιότητα χρησιμοποιώντας ένα παιδαγωγικό εργαλείο που ονομάζουμε «The Energy Story”.Να είστε προετοιμασμένοι νασυμμετέχω!

Θερμοδυναμική

Θερμοδυναμικήανησυχείμε την περιγραφή των αλλαγών στα συστήματα πριν και μετά από μια αλλαγή. Αυτό συνήθως περιλαμβάνει μια συζήτηση σχετικά με τις μεταφορές ενέργειας και τη διασπορά της εντός του συστήματος και του περιβάλλοντός του. Σχεδόν σε όλες τις πρακτικές περιπτώσεις, αυτές οι αναλύσεις απαιτούν το σύστημα και το περιβάλλον τουνα περιγραφεί πλήρως. Για παράδειγμα, όταν συζητάμε για τη θέρμανση μιας κατσαρόλας με νερό στη σόμπα, το σύστημα μπορεί να περιλαμβάνει τη σόμπα, την κατσαρόλα και το νερό και το περιβάλλον ή το περιβάλλον μπορεί να περιλαμβάνουν οτιδήποτε άλλο. Οι βιολογικοί οργανισμοί είναιτι είναιπου ονομάζονται ανοιχτά συστήματα.μεταφέρεται ενέργειαανάμεσά τους και το περιβάλλον τους.

Ο Πρώτος Νόμος της Θερμοδυναμικής

Ο πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής ασχολείται με τη συνολική ποσότητα ενέργειας στο σύμπαν. Δηλώνει ότι αυτή η συνολική ποσότητα ενέργειας είναι σταθερή.Με άλλα λόγια, εκείπάντα υπήρχε, και πάντα θα υπάρχει, ακριβώς η ίδια ποσότητα ενέργειας στο σύμπαν.

Σύμφωνα με τον πρώτο θερμοδυναμικό νόμο, η ενέργεια μπορείνα μεταφερθείαπό μέρος σε μέρος, αλλά δεν μπορείνα δημιουργηθείή καταστράφηκε. Οι μεταφορές ενέργειας γίνονται γύρω μας όλη την ώρα. Οι λαμπτήρες μεταφέρουν ενέργεια από σταθμούς ηλεκτρικής ενέργειας σε θερμότητα και φωτόνια φωτός. Οι σόμπες αερίου μεταφέρουν την ενέργεια που αποθηκεύεται στους δεσμούς των χημικών ενώσεων σε θερμότητα και φως. (Θερμότητα είναι η ποσότητα ενέργειας που μεταφέρεται από το ένα σύστημα στο άλλο λόγω διαφοράς θερμοκρασίας.)

Τα φυτά εκτελούν μια από τις πιο χρήσιμες βιολογικά μεταφορές ενέργειας στη γη: μεταφέρουν ενέργεια στα φωτόνια του ηλιακού φωτός στους χημικούς δεσμούς των οργανικών μορίων. Σε κάθε μία από αυτές τις περιπτώσεις, η ενέργεια ούτε παράγεται ούτε καταστρέφεται, και πρέπει να προσπαθήσουμε να λογοδοτήσουμε όλα την ενέργεια όταν εξετάζουμε κάποιες από αυτές τις αντιδράσεις.

Ο Πρώτος Νόμος και η Ενεργειακή Ιστορία

Ο πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής είναι απατηλά απλός. Οι μαθητές συχνά κατανοούν ότι η ενέργεια δεν μπορείνα δημιουργηθείή καταστράφηκε. Ωστόσο, όταν περιγράφουν μια ενεργειακή ιστορία μιας διαδικασίας, συχνά κάνουν το λάθος να λένε πράγματα όπως "ενέργειαπαράγεταιαπόη μεταβίβαση τουηλεκτρόνια από το άτομο Α στο άτομο Β." Ενώ οι περισσότεροι από εμάς θα καταλάβουμε το σημείο που προσπαθεί να κάνει ο μαθητής, χρησιμοποιούνται λάθος λέξεις. Ενέργειαδεν γίνεταιή παράγεται?απλά μεταφέρεται. Για να είστε συνεπείς με τον πρώτο νόμο, όταν αφηγείστε μια ενεργειακή ιστορία, βεβαιωθείτε ότι προσπαθείτε να παρακολουθείτε ρητά όλες τις θέσεις όπου ΟΛΗ η ενέργεια στο σύστημα στην αρχή μιας διαδικασίας πηγαίνει μέχρι το τέλος μιας διαδικασίας.

Ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής

Μια σημαντική έννοια στα φυσικά συστήματα είναι εντροπία. Η εντροπία σχετίζεται με το πώς μπορεί η ενέργειανα διανεμηθείή διασκορπισμένα μέσα στα σωματίδια ενός συστήματος. Ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής δηλώνει ότι η εντροπία αυξάνεται πάντα σε ένα σύστημα και το περιβάλλον του (δηλαδή όλα μέσα και έξω από το σύστημα μαζί).

Αυτή η ιδέα βοηθά στην εξήγηση της κατευθυντικότητας των φυσικών φαινομένων. Η ιδέα είναι ότι η κατευθυντικότητα προέρχεται από την τάση της ενέργειας σε ένα σύστημα να κινείται προς μια κατάσταση μέγιστης διασποράς. Ο Δεύτερος Νόμος, επομένως, υπονοεί ότι σε κάθε μετασχηματισμό, θα πρέπει να αναζητήσουμε μια συνολική αύξηση της εντροπίας (ή της διασποράς της ενέργειας), κάπου. Καθώς η διασπορά της ενέργειας σε ένα σύστημα ή το περιβάλλον του αυξάνεται, η ικανότητα της ενέργειας να

να κατευθυνθεί

προς την εργασία μειώνεται.

Συσχετίζουμε τα τέσσερα παρακάτω σενάρια με

αυξανόμενη

εντροπία του συστήματος. Προσπαθήστε να σκεφτείτε συγκεκριμένα παραδείγματα για το πότε:

ένα. το σύστημα κερδίζει ενέργεια.
σι. συμβαίνει μια αλλαγή κατάστασης από στερεό σε υγρό σε αέριο.
ντο. συμβαίνει ανάμειξη ουσιών.
ρε.οο αριθμός των σωματιδίων αυξάνεται κατά τη διάρκεια μιας αντίδρασης.


Πιθανή ΣΗΜ. Συζήτηση Σημείο

Να αιτιολογήσετε ή να αντικρούσετε την ακόλουθη δήλωση: «Τα βιολογικά συστήματα αποτελούν εξαίρεση στον Δεύτερο Νόμο της Θερμοδυναμικής, αφούκύτταρα είναι γνωστάνα τακτοποιηθούν σεπολύπολύ οργανωμένες δομές (σκεφτείτε: ιστοί, όργανα κ.λπ.)μάλλονπαρά σε μια πιο άτακτη κατάσταση».Φροντίστε να ελέγξετεδείτε τι λένε οι συνομήλικοί σας--συμφωνείτε ή διαφωνείτε με τη θέση τους ή/και το σκεπτικό τους;


Φιγούρα 1. Η αύξηση της διαταραχής μπορεί να συμβεί με διάφορους τρόπους. Ένα παγάκι που λιώνει σε ένα ζεστό πεζοδρόμιο είναι ένα παράδειγμα. Εδώ, πάγοςεκτίθεταιως νιφάδα χιονιού, με οργανωμένα, δομημένα μόρια νερού που σχηματίζουν τη νιφάδα χιονιού. Με τον καιρό, η νιφάδα χιονιού θα λιώσει σε μια λίμνη αποδιοργανωμένων, ελεύθερα κινούμενων μορίων νερού. Είναι σύνηθες να περιγράφουμε την εντροπία ως μέτρο τάξηςως έναν τρόπογια να απλοποιηθεί η πιο συγκεκριμένη περιγραφή που σχετίζεται με την εντροπία με τον αριθμό των καταστάσεων στις οποίεςη ενέργεια μπορεί να διασκορπιστείσε ένα σύστημα. Ενώη ιδέα τουΗ σειρά μέτρησης για τον ορισμό της εντροπίας έχει κάποια ελαττώματα, μερικές φορές είναι ένας χρήσιμος, αν είναι ατελής, πληρεξούσιος. (Πηγή)


Αν εξετάσουμε τον πρώτο και τον δεύτερο νόμο μαζί, καταλήγουμε σε ένα χρήσιμο συμπέρασμα. Όποτε ενέργειαμεταφέρεταιή ανακατανεμημένη σε ένα σύστημα, η εντροπία πρέπει να αυξηθεί.Αυτή η αύξηση της εντροπίας σχετίζεταιστο πόσο «χρήσιμη» είναι η ενέργειακάνωεργασία. Θυμηθείτε ξανά ότι αυτή η ενέργεια γίνεται όλο και λιγότερο διαθέσιμη καθώς αυξάνεται η εντροπία.

Λάβετε υπόψη: θα βρείτε πολλά παραδείγματα στα οποία η εντροπία ενός συστήματος μειώνεται τοπικά. Ωστόσο, σύμφωνα με τον Δεύτερο Νόμο, η εντροπία ολόκληρου του σύμπαντος μπορεί ποτέ μείωση. Αυτό πρέπει να σημαίνει ότι υπάρχει ίση ή μεγαλύτερη αύξηση της εντροπίας κάπου αλλού στο περιβάλλον (πιθανότατα σε ένα στενά συνδεδεμένο σύστημα) που αντισταθμίζει την τοπική μείωση.

Συμπεραίνουμε ότι ενώ όλαοη ενέργεια πρέπει να διατηρηθεί, εάν η απαιτούμενη αλλαγή αυξάνει την εντροπία, σημαίνει ότι κάποια ενέργεια θα κατανεμηθεί με τρόπο που την καθιστά λιγότερο χρήσιμη για εργασία. Τις περισσότερες φορές, ιδιαίτερα στη βιολογία, κάποια αύξηση της εντροπίας μπορείνα είναι κιμωλίαμέχρι τη μεταφορά ενέργειας σε θερμότητα στο περιβάλλον.

Η Ενεργειακή Ιστορία

Επισκόπηση της ενεργειακής ιστορίας

Είτε το γνωρίζουμε, λέμε ιστορίες που περιλαμβάνουν ύλη και ενέργεια κάθε μέρα. Απλώς χρησιμοποιούμε σπάνια ορολογία που σχετίζεται με επιστημονικές συζητήσεις για την ύλη και την ενέργεια.

Παράδειγμα1

Η ρύθμιση: μια απλή δήλωση με σιωπηρές λεπτομέρειες
Λέτε στον συγκάτοικό σας μια ιστορία για το πώς φτάσατε στην πανεπιστημιούπολη λέγοντας: «Σήμερα πήγα στην πανεπιστημιούπολη με ποδήλατο». Σε αυτή την απλή δήλωση υπάρχουν πολλές υποθέσειςπου είναιδιδακτικό να αποσυσκευάζονται, ακόμα κι αν μπορεί να μην φαίνονται πολύ κρίσιμο να συμπεριληφθούν ρητά σε μια περιστασιακή συνομιλία μεταξύ φίλων σχετικά με τις επιλογές μεταφοράς.

Επανερμηνεία της διαδικασίας από έναν ξένο
Για να το δείξετε αυτό, φανταστείτε έναν εξωτερικό παρατηρητή, όπως έναν εξωγήινο να παρακολουθεί τις ερχομούς και τις εξόδους των ανθρώπων στη Γη. Χωρίς το όφελος της γνώσης πολλών από τις υπονοούμενες έννοιες και τις εύλογες υποθέσεις πουθάβονταιστη γλώσσα μας, η περιγραφή του εξωγήινου για το πρωινό ταξίδι με ποδήλατο θα διέφερε από τη δική σας. Αυτό που περιγράψατε αποτελεσματικά ως "ποδηλασία στην πανεπιστημιούπολη" θα μπορούσενα περιγραφεί πιο συγκεκριμένααπό τον εξωγήινο ως αλλαγή στη θέση ενός ανθρώπινου σώματος και του ποδηλάτου του από μια τοποθεσία (το διαμέρισμα, που ονομάζεται θέση Α) σε μια διαφορετική τοποθεσία (το πανεπιστήμιο, που ονομάζεται θέση Β). Ο εξωγήινος μπορεί να είναι ακόμα πιο αφηρημένος και να περιγράφει το ταξίδι με το ποδήλατο ως την κίνηση της ύλης (το ανθρώπινο σώμα και το ποδήλατό του) μεταξύ μιας αρχικής κατάστασης (στη θέση Α) σε μια τελική κατάσταση (στη θέση Β). Από τη σκοπιά του εξωγήινου, αυτό που θα αποκαλούσατε «ποδηλασία» μπορείνα περιγραφεί πιο συγκεκριμέναως η χρήση ενός εργαλείου με δύο τροχούς που συνδυάζει τη μεταφορά ενέργειας από τα ηλεκτρικά πεδία σε χημικές ενώσεις με την επιτάχυνση του συνδυασμού δύο τροχών, εργαλείο-πρόσωπο που θερμαίνει το περιβάλλον του. Τέλος, μέσα στην απλή δήλωση που περιγράφει πώς φτάσαμε στη δουλειά είναι και η σιωπηρή κατανόηση ότι η μάζα του σώματος και του ποδηλάτουδιατηρήθηκανστη διαδικασία (με ορισμένες σημαντικές προειδοποιήσεις που θα εξετάσουμε σε μελλοντικές διαλέξεις) και ότι κάποια ενέργειαήτανμεταφέρθηκεγύρω από το σύστημα και το περιβάλλον για να επιτρέψει την κίνηση του σώματος από τη θέση Α στη θέση Β.

Σημείωση: Οι λεπτομέρειες είναι σημαντικές. Τι θα γινόταν αν είχατε ένα πλήρως ηλεκτρικό ποδήλατο και το άτομο με το οποίο μιλούσατε δεν το γνώριζε; Ποιες σημαντικές λεπτομέρειες θα μπορούσε να αλλάξει αυτό σχετικά με την ιστορία «κάθε μέρα» που είπατε και η πιο λεπτομερής περιγραφή θα είχε ξεκαθαρίσει; Πώς θα άλλαζε η ιστορία του εξωγήινου; Σε ποια σενάρια μπορεί να είναι σχετικές αυτές οι αλλαγές;

Όπως δείχνει αυτή η απλή ιστορία, ανεξάρτητα από πολλούς παράγοντες, η πράξη της δημιουργίας μιας πλήρους περιγραφής μιας διαδικασίας περιλαμβάνει κάποια καταγραφή του τι συνέβη στην ύλη, τι συνέβη με την ενέργεια και σχεδόν πάντα κάποια περιγραφή ενός μηχανισμού που περιγράφει πώς αλλάζει ύλη και ενέργεια ενός συστήματοςπροσήχθησανσχετικά με.

Για να εξασκήσετε αυτή την ικανότητα σεBIS2A, θα χρησιμοποιήσουμε κάτι που μας αρέσει να ονομάζουμε «Ενεργειακή Ιστορία». Μπορεί να σας ζητηθεί να πείτε μια «ενεργειακή ιστορία» στην τάξη, να εξασκηθείτε στην αφήγηση ενεργειακών ιστοριών στους οδηγούς μελέτης της διάλεξής σας και να χρησιμοποιήσετε την έννοια στις εξετάσεις σας. Σε αυτήν την ενότητα, εστιάζουμε κυρίως στην εισαγωγή της έννοιας μιας ενεργειακής ιστορίας και στην εξήγηση πώς να την αφηγηθούμε.Αξίζει να σημειωθεί ότι ηόρος "ενεργειακή ιστορία"χρησιμοποιείταισχεδόναποκλειστικάσε(και έχει συγκεκριμένη σημασία σε αυτή την τάξη). Αυτός ο ακριβής όρος δεν θα εμφανιστεί σε άλλα μαθήματα στο UC Davis (τουλάχιστον βραχυπρόθεσμα), ή εάν εμφανίζεται, δεν είναι πιθανό νανα χρησιμοποιηθείμε τον ίδιο τρόπο. Τα δικα σουΟι εκπαιδευτές έχουν δώσει σε αυτή την προσέγγιση ένα σύντομο όνομα (ενεργειακή ιστορία).ότιμπορούμε όλοι να το συνδέσουμε με την κοινή άσκηση. Με αυτόν τον τρόπο, όταν ο εκπαιδευτής ζητά από την τάξη να πει ή να κατασκευάσει μια ενεργειακή ιστορία, όλοι γνωρίζουντι εννοείται.

Ορισμός: Ενεργειακή ιστορία

Μια ενεργειακή ιστορία είναι μια αφήγηση που περιγράφει μια διαδικασία ή ένα γεγονός. Τα κρίσιμα στοιχεία αυτής της αφήγησης είναιως εξής:

  1. Προσδιορίστε τουλάχιστον δύο καταστάσεις (π.χ. αρχή και τέλος)κατά τη διάρκεια.
  2. Προσδιορίστε και απαριθμήστε το θέμα στο σύστημα και την κατάστασή του στην αρχή και στο τέλος της διαδικασίας.
  3. Περιγράψτε τον μετασχηματισμό της ύλης που συμβαίνει κατά τη διάρκεια της διαδικασίας.
  4. Λάβετε υπόψη τη «θέση» της ενέργειας στο σύστημα στην αρχή και στο τέλος της διαδικασίας.
  5. Περιγράψτε τη μεταφορά ενέργειας που συμβαίνει κατά τη διάρκεια της διαδικασίας.
  6. Προσδιορίστε και περιγράψτε τον μηχανισμό(ιθ) υπεύθυνος για τη μεσολάβηση του μετασχηματισμού της ύλης και της μεταφοράς ενέργειας.

Μια πλήρης ενεργειακή ιστορία θαπεριλαμβάνει περιγραφή τουτα αρχικά αντιδρώντα και τις ενεργειακές τους καταστάσειςκαθώςπεριγραφή των τελικών προϊόντων και της ενεργειακής τους κατάστασης μετά τη διαδικασία ήη αντίδραση έχει ολοκληρωθεί.


Πιθανή ΣΗΜ. Συζήτηση Σημείο

Υποστηρίζουμε ότι η ενεργειακή ιστορία μπορείνα συνηθίσεικοινοποιούν όλες τις χρήσιμες λεπτομέρειες πουαπαιτούνταινα περιγράψει σχεδόν οποιαδήποτε διαδικασία. Μπορείτε να σκεφτείτε μια διαδικασίαπου δεν μπορεί να περιγραφεί επαρκώς από μια ενεργειακή ιστορία? Αν ναι, περιγράψτε μια τέτοια διαδικασία.


Παράδειγμα 2:ενέργειαπαράδειγμα ιστορίας

Ας υποθέσουμε ότι μιλάμεη διαδικασία τουοδήγηση αυτοκινήτου από το «Σημείο Α» στο «Σημείο Β» (βλ. Εικόνα 1).

Φιγούρα 1: Αυτό είναι ένα σχηματικό σχέδιο ενός αυτοκινήτου που κινείται από μια αρχική θέση, "Σημείο Α", σε ένα τελικό σημείο, "Σημείο Β". Το μπλε ορθογώνιο που απεικονίζεται στο πίσω μέρος του αυτοκινήτου αντιπροσωπεύει το επίπεδο της βενζίνης. η μωβ, στριμμένη γραμμή κοντά στο σωλήνα εξάτμισης αντιπροσωπεύει την εξάτμιση. Οι σαθρές μπλε γραμμές στο πάνω μέρος του αυτοκινήτου αντιπροσωπεύουν ηχητικές δονήσεις. και η κόκκινη σκίαση αντιπροσωπεύει περιοχές που είναι πιο ζεστές από ό,τι στην αρχή. Πηγή: δημιουργήθηκε απόΜαρκ Τ. Facciotti (δική δουλειά)

Ας περάσουμε στη ρουμπρίκα Energy Story:

1. Προσδιορίστε τουλάχιστον δύο καταστάσεις (π.χ. αρχή και τέλος)κατά τη διάρκεια.

Σε αυτό το παράδειγμα, μπορούμε εύκολα να αναγνωρίσουμε δύο καταστάσεις. Η πρώτη κατάσταση είναι το μη κινούμενο αυτοκίνητο στο "Σημείο Α", στην αρχή του ταξιδιού. Η δεύτερη κατάσταση, μετά τη διαδικασίαΕγινε, είναι το μη κινούμενο αυτοκίνητο στο "Σημείο Β."

2. Προσδιορίστε και απαριθμήστε το θέμα στο σύστημα και την κατάστασή του στην αρχή και στο τέλος της διαδικασίας.

Εδώ, πρώτα σημειώνουμε ότι το «σύστημα» περιλαμβάνει τα πάντα στο σχήμα—το αυτοκίνητο, τον δρόμο, τον αέρα γύρω από το αυτοκίνητο κ.λπ.

Είναι σημαντικό να κατανοήσουμε ότι θα εφαρμόσουμε τον φυσικό νόμο της διατήρησης της ύλης. Σε οποιαδήποτε από τις διαδικασίες που θα συζητήσουμε, η ύλη ούτε δημιουργείται ούτε καταστρέφεται. Μπορεί να αλλάξει μορφή, αλλά κάποιος θα πρέπει να μπορεί να λογοδοτήσει για τα πάντα στο τέλος μιας διαδικασίαςότιήταν εκεί στην αρχή.

Στην αρχή της διαδικασίας, το θέμα στο σύστημααποτελείται απότο ακόλουθο:
1. Το αυτοκίνητο και όλα τα πράγματα σε αυτό
2. Το καύσιμο στο αυτοκίνητο (ένα ιδιαίτερο πράγμα στο αυτοκίνητο)
3. Ο αέρας (συμπεριλαμβανομένου του οξυγόνου) γύρω από το αυτοκίνητο.
4. Ο δρόμος
5. Ο οδηγός

Στο τέλος της διαδικασίας,το θέμα στο σύστημα διανέμεταιως εξής:
1. Το αυτοκίνητο και όλα τα πράγματα σε αυτό είναι σε μια νέα θέση (ας υποθέσουμε, εκτός από το καύσιμο και τη θέση, ότι δεν άλλαξε τίποτα άλλο).
2. Υπάρχει λιγότερα καύσιμα στο αυτοκίνητο, και είναι επίσης σε μια νέα θέση.
3. Ο αέρας έχει αλλάξει.τοτώρα έχει λιγότερο μοριακό οξυγόνο, περισσότερο διοξείδιο του άνθρακα και περισσότερους υδρατμούς.
4. Ο δρόμος δεν άλλαξε (ας υποθέσουμε ότι δεν άλλαξε — εκτός από μερικά βότσαλα που κινήθηκαν).
5. Ο οδηγός δεν άλλαξε (ας υποθέσουμε ότι δεν άλλαξε—αν και θα δούμε μέχρι το τέλος της θητείαςότιτο έκανε, τουλάχιστον λίγο). Ωστόσο, ο οδηγός βρίσκεται πλέον σε διαφορετικό μέρος.

3. Περιγράψτε τον μετασχηματισμό της ύλης που συμβαίνει κατά τη διάρκεια της διαδικασίας.

Τι συνέβη με το θέμα σε αυτή τη διαδικασία; Χάρη σε πολλές απλοποιητικές υποθέσεις, βλέπουμε ότι συνέβησαν δύο μεγάλα πράγματα. Πρώτα, το αυτοκίνητο και ο οδηγός του άλλαξαν θέσεις — πήγαν από το "Σημείο Α" στο "Σημείο Β". Δεύτερον, το σημειώνουμεκάποια από ταΤα μόρια του καυσίμου, τα οποία υπήρχαν στο αυτοκίνητο ως υγρό, έχουν αλλάξει μορφή και πλέον έχουν τη μορφή διοξειδίου του άνθρακα και υδρατμών (μωβ μάζα που βγαίνει από την εξάτμιση).Κάποια από ταΤα μόρια οξυγόνου που υπήρχαν στον αέρα βρίσκονται τώρα επίσης σε νέα θέση ως μέρος του διοξειδίου του άνθρακα και του νερού που άφησαν το αυτοκίνητο.

4. Υπολογίστε τη «θέση» της ενέργειας στο σύστημα στην αρχή και στο τέλος της διαδικασίας.

Είναι και πάλι σημαντικό να καταλάβουμε ότι εμείςπρόκειται ναεπίκληση του φυσικού νόμου της διατήρησης της ενέργειας. Ορίζουμε ότι η ενέργεια στο σύστημα δεν μπορείνα δημιουργηθείή καταστράφηκε, και επομένως, η ενέργειαότιβρίσκεται στο σύστημα στην αρχή της διαδικασίας πρέπει να είναι ακόμα εκεί στο τέλος της διαδικασίας. Μπορεί να έχειαναδιανεμήθηκε, αλλά θα πρέπει να είστε σε θέση να υπολογίσετε όλη την ενέργεια.

Στην αρχή της διαδικασίας,η ενέργεια στο σύστημα κατανέμεταιως εξής:
1. Η ενέργειαείναι δεμένοστις συσχετίσεις μεταξύ των ατόμων που συνθέτουν την ύλη του αυτοκινήτου.
2. Δοκιμάστε να χρησιμοποιήσετε ένα ενεργό ρήμα αντί." data-pwa-id="pwa-8F2D9EC406D83AB340468768345CBAEC" data-pwa-rule-id="PASSIVE_VOICE" data-pwa-suggestions="">είναι δεμένοστις συσχετίσεις μεταξύ των ατόμων που αποτελούν το καύσιμο.
3. Δοκιμάστε να χρησιμοποιήσετε ένα ενεργό ρήμα αντί." data-pwa-id="pwa-5C17D229EA54D2EBEC8EF65F9A027666" data-pwa-rule-id="PASSIVE_VOICE" data-pwa-suggestions="">είναι δεμένοστις συσχετίσεις μεταξύ των ατόμων που αποτελούν τον αέρα.
4. Δοκιμάστε να χρησιμοποιήσετε ένα ενεργό ρήμα αντί." data-pwa-id="pwa-FB87FCEFCF1DE323B15FAC3B80C27A72" data-pwa-rule-id="PASSIVE_VOICE" data-pwa-suggestions="">είναι δεμένοστις συσχετίσεις μεταξύ των ατόμων που αποτελούν τον δρόμο.
5. Δοκιμάστε να χρησιμοποιήσετε ένα ενεργό ρήμα αντί." data-pwa-id="pwa-0D386227B4B6210CAC210EFB7E7063C4" data-pwa-rule-id="PASSIVE_VOICE" data-pwa-suggestions="">είναι δεμένοστις συσχετίσεις μεταξύ των ατόμων που αποτελούν τον οδηγό.
6. Για όλα τα παραπάνω, μπορούμε επίσης να πούμε ότι υπάρχει ενέργεια στις μοριακές κινήσεις των ατόμων που αποτελούν το υλικό.

Στο τέλος της διαδικασίας,η ενέργεια στο σύστημα κατανέμεταιως εξής:
1. Δοκιμάστε να χρησιμοποιήσετε ένα ενεργό ρήμα αντί." data-pwa-id="pwa-FE5286D6986C86C573365E214A2BD450" data-pwa-rule-id="PASSIVE_VOICE" data-pwa-suggestions="">είναι δεμένοστις συσχετίσεις μεταξύ των ατόμων που συνθέτουν την ύλη του αυτοκινήτου.
2. Δοκιμάστε να χρησιμοποιήσετε ένα ενεργό ρήμα αντί." data-pwa-id="pwa-36FCBA7FAB7A5A52AA6EFE1496C77DAC" data-pwa-rule-id="PASSIVE_VOICE" data-pwa-suggestions="">είναι δεμένοστις συσχετίσεις μεταξύ των ατόμων που αποτελούν το καύσιμο.
3. Δοκιμάστε να χρησιμοποιήσετε ένα ενεργό ρήμα αντί." data-pwa-id="pwa-7ADADC75FE6520374F12582F64FBBFA2" data-pwa-rule-id="PASSIVE_VOICE" data-pwa-suggestions="">είναι δεμένοστις συσχετίσεις μεταξύ των ατόμων που αποτελούν τον αέρα.
4. Δοκιμάστε να χρησιμοποιήσετε ένα ενεργό ρήμα αντί." data-pwa-id="pwa-CD200593B9FF32A0283119B20FCA6DC1" data-pwa-rule-id="PASSIVE_VOICE" data-pwa-suggestions="">είναι δεμένοστις συσχετίσεις μεταξύ των ατόμων που αποτελούν τον δρόμο.
5. Δοκιμάστε να χρησιμοποιήσετε ένα ενεργό ρήμα αντί." data-pwa-id="pwa-E46BF888BA659BB0B991984E695D95C1" data-pwa-rule-id="PASSIVE_VOICE" data-pwa-suggestions="">είναι δεμένοστις συσχετίσεις μεταξύ των ατόμων που αποτελούν τον οδηγό.
6. Για όλα τα παραπάνω, μπορούμε επίσης να πούμε ότι υπάρχει ενέργεια στις μοριακές κινήσεις των ατόμων που αποτελούν το υλικό.

Αυτό είναι ενδιαφέρον από κάποια άποψη, γιατί οι λίστες είναι περίπου οι ίδιες. Γνωρίζουμε ότι η ποσότητα ενέργειας που αποθηκεύεται στο αυτοκίνητο έχει μειωθεί, επειδή υπάρχει λιγότερα καύσιμα. Κάτι πρέπει να συνέβη.

5. Περιγράψτε τη μεταφορά ενέργειας που συμβαίνει κατά τη διάρκεια της διαδικασίας.

Σε αυτόιδιαιτεροςΓια παράδειγμα, είναι η μεταφορά ενέργειας μεταξύ των στοιχείων του συστήματος που είναι πιο ενδιαφέρουσα. Όπως αναφέραμε, στο ντεπόζιτο του αυτοκινήτου αποθηκεύεται λιγότερη ενέργεια στο τέλος του ταξιδιού, γιατί πλέον υπάρχει λιγότερα καύσιμα. Γνωρίζουμε επίσης διαισθητικά (από την πραγματική εμπειρία) ότιη μεταβίβαση τουενέργεια από το καύσιμο σε κάτι άλλοέπαιξε καθοριστικό ρόλο στη μετακίνησητο αυτοκίνητο από το "Σημείο Α" στο "Σημείο Β". Λοιπόν, πού πήγε αυτή η ενέργεια; Θυμηθείτε, δεν εξαφανίστηκε απλώς. Πρέπει να έχει μετακινηθεί κάπου αλλού στο σύστημα.

Λοιπόν, γνωρίζουμε ότι υπάρχει περισσότερο διοξείδιο του άνθρακα και υδρατμοί στο σύστημα μετά τη διαδικασία. Υπάρχει ενέργεια στις συσχετίσεις μεταξύ αυτών των ατόμων (άτομα που βρίσκονταν στο καύσιμο και στον αέρα). Λίγη ενέργεια λοιπόνουστοήταν στο καύσιμο είναι τώρα στην εξάτμιση. Ας αντλήσουμε και πάλι από την πραγματική εμπειρία και ας δηλώσουμε ότι γνωρίζουμε ότι μέρη του αυτοκινήτου μας έχουν ζεσταθεί μέχρι το τέλος του ταξιδιού (π.χ. κινητήρας, κιβώτιο ταχυτήτων, τροχοί/λάστιχα, εξάτμιση κ.λπ.). Προς το παρόν, θα χρησιμοποιήσουμε απλώς τη διαίσθησή μας και θα πούμε ότι καταλαβαίνουμε ότι το να φτιάξουμε κάτι καυτό περιλαμβάνει κάποια μεταφορά ενέργειας. Μπορούμε λοιπόν εύλογα να υποθέσουμε ότι κάποια ενέργεια στο καύσιμο πήγε (άμεσα ή έμμεσα) στη θέρμανση του αυτοκινήτου, τμημάτων του δρόμου και της εξάτμισης - και επομένως του περιβάλλοντος γύρω από το αυτοκίνητο. Μια ποσότητα ενέργειας μπήκε επίσηςεπιταχυνόμενοςτο αυτοκίνητο από μηδενική ταχύτητα σε οποιαδήποτε ταχύτητα ταξίδεψε, αλλά το μεγαλύτερο μέρος αυτής της ενέργειας τελικά έγινε θερμότητα όταν το αυτοκίνητο σταμάτησε.

Αυτή είναι μια λίγο κυματιστή εξήγηση και θα μάθουμε πώς να κάνουμε καλύτερη δουλειά σε όλο το τρίμηνο.Το κύριο σημείο είναι ότι εμείςθα πρέπει να είναι σε θέση να προσθέσει όλη την ενέργεια του συστήματος στην αρχή της διαδικασίας (σε όλα τα σημεία που τοβρίσκεται) και στο τέλος της διαδικασίας (σε όλα τα σημεία αυτόβρίσκεται), και αυτές οι δύο τιμές πρέπει να είναι ίδιες.

6. Προσδιορίστε και περιγράψτεμηχανισμός(ιθ) υπεύθυνος για τη μεσολάβηση του μετασχηματισμού της ύλης και της μεταφοράς ενέργειας.

Τέλος, είναι χρήσιμο να προσπαθήσουμε να κατανοήσουμε πώς μπορεί να έχουν αυτοί οι μετασχηματισμοί της ύλης και οι μεταφορές ενέργειαςδιευκολύνθηκε. Για λόγους συντομίας, θα μπορούσαμε απλώς να πούμε ότι υπήρχε μια περίπλοκη μηχανική συσκευή (ο κινητήρας) που βοήθησε στη διευκόλυνση της μετατροπής της ύλης και της μεταφοράς ενέργειας στο σύστημα και το συνέδεσε με την αλλαγή στη θέση του αυτοκινήτου. Κάποιος που ενδιαφέρεται για κινητήρες θα το έκανε, φυσικά,δώστε μια πιο λεπτομερή εξήγηση.

Σε αυτό το παράδειγμα, κάναμε μια δέσμη απλοποιητικών υποθέσεων για να τονίσουμε τη διαδικασία και να επικεντρωθούμε στον μετασχηματισμό του καυσίμου. Αλλά αυτό είναι μια χαρά. Όσο περισσότερα καταλαβαίνετε για τις διαδικασίες, τόσο πιο λεπτές λεπτομέρειες μπορείτε να προσθέσετε. Σημειώστε ότι μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τη ρουμπρίκα Energy Story για να περιγράψετε την κατανόησή σας (ή να αναζητήσετε τρύπες στην κατανόησή σας) σχεδόν κάθε διαδικασίας (σίγουραστη βιολογία). Στο BIS2A, θα χρησιμοποιήσουμε την Ενεργειακή Ιστορία για να κατανοήσουμε διαδικασίες τόσο ποικίλες όπως οι βιοχημικές αντιδράσεις, η αντιγραφή του DNA, η λειτουργία των μοριακών κινητήρων κ.λπ.

Σπουδαίος:

Πρώτον: Θα δουλέψουμε σε πολλά παραδείγματα της ενεργειακής ιστορίας καθ' όλη τη διάρκεια του μαθήματος - μην αισθάνεστε ότι χρειάζεται να κατέχετε αυτό το θέμα σήμερα.

Δεύτερον: Αν και είναι δελεαστικό να πιστεύετε ότι όλα αυτά είναι περιττά ή μη συναφή με τη μελέτη σας της βιολογίας στο BIS2A, αφήστε αυτό να χρησιμεύσει ως υπενθύμιση ότι οι εκπαιδευτές σας (αυτοί που δημιουργούν τις ενδιάμεσες και τελικές αξιολογήσεις του μαθήματος) το βλέπουν ως βασικό υλικό. Θα επανεξετάζουμε αυτό το θέμα συχνά σε όλη τη διάρκεια του μαθήματος, αλλά πρέπει να εξοικειωθείτε με ορισμένες βασικές έννοιες τώρα.

Αυτό είναισπουδαίοςυλικό και μια σημαντική δεξιότητα που πρέπει να αναπτύξετε—μην αναβάλλετε τη μελέτη του γιατί δεν σας «μοιάζει» με «βιολογία» σήμερα. Ο ακαδημαϊκός όρος κινείταιΠΟΛΥγρήγορα, και θα είναι δύσκολο να το καλύψετε αργότερα, αν δεν το σκεφτείτε λίγο τώρα.

Ενέργεια

Η ενέργεια είναι μια κεντρική έννοια σε όλες τις επιστήμες. Η ενέργεια είναι ιδιότητα ενός συστήματος. Ενώ μπορείούτε να δημιουργηθείούτε καταστρέφεται, η κατανόηση της μεταφοράς ενέργειας γύρω από τα φυσικά συστήματα είναι ένα βασικό συστατικό για την κατανόηση του πώς και γιατί αλλάζουν τα πράγματα. Στις επόμενες ενότητες, θα διερευνήσουμε μερικές βασικές έννοιες που σχετίζονται με κοινούς μετασχηματισμούς στη βιολογία και τη χημεία: τη διαλυτότητα διαφόρων βιομορίων, τη δημιουργία και τη διάσπαση χημικών δεσμών, τη μεταφορά ηλεκτρονίων, τη μεταφορά ενέργειας από και προς το φως και τη μεταφορά ενέργειας ως θερμότητας. Στην τάξη, πολλές από τις συζητήσεις θα γίνουν μέσατο πλαίσιο τουο Ενεργειακή Ιστορία ρουμπρίκα, οπότε όταν εξετάζουμε μια αντίδραση μετασχηματισμού, θα μας ενδιαφέρει να ορίσουμε επακριβώς το εν λόγω σύστημα και να προσπαθήσουμε να εξηγήσουμε όλες τις διάφορες μεταφορές ενέργειας που συμβαίνουν μέσα στο σύστημα, διασφαλίζοντας ότι τηρούμε Νόμος Διατήρησης Ενέργειας.

Υπάρχουν πολλά παραδείγματα όπου χρησιμοποιούμε την έννοια της ενέργειας στην καθημερινή μας ζωή για να περιγράψουμε διαδικασίες. Ένας ποδηλάτης μπορεί να κάνει ποδήλατο για να φτάσει στην πανεπιστημιούπολη για το μάθημα. Η πράξη της μετακίνησης της ίδιας και του ποδηλάτου της από το σημείο Α στο σημείο Β μπορείνα εξηγηθείσε κάποιο βαθμόμε την εξέταση τωνμεταγραφέςενέργεια πουπαίρνωθέση. Μπορούμε να δούμε αυτό το παράδειγμα μέσα από μια ποικιλία φακών, αλλά, ως βιολόγοι, μάλλον θέλουμε να κατανοήσουμε τη σειρά γεγονότων που εξηγούν πώς η ενέργειαμεταφέρεταιαπό τα μόρια της τροφής, στη συντονισμένη δραστηριότητα των βιομορίων στην κάμψη ενός ποδηλάτημυς, και τέλος, στην κίνηση του ποδηλάτου από το σημείο Α στο σημείο Β. Για να γίνει αυτό, πρέπειικανός γιαμιλήστε για διάφορους τρόπους με τους οποίους η ενέργεια μπορείνα μεταφερθείανάμεσα σε μέρη ενός συστήματος και πού αυτόείναι αποθηκευμένοή μεταφέρονται εκτός συστήματος. Στην επόμενη ενότητα, θα δούμε επίσης την ανάγκη να εξετάσουμε πώς αυτή η ενέργειαδιανέμεταιανάμεσα στις πολλές μικροκαταστάσεις (μοριακές καταστάσεις) του συστήματος και του περιβάλλοντός του.

Πώς θα προσεγγίσουμε την εννοιολόγηση της ενέργειας

ΣεBIS2Aθα σκεφτούμε την ενέργεια με ένα "πράμα" μεταφορική έννοια. Σημειώστε, ωστόσο, ότι η ενέργεια είναι ΔΕΝ μια ουσία, είναι μάλλον α ιδιοκτησία ενός συστήματος. Αλλά θα το σκεφτούμε, κατά κάποια έννοια, ως ιδιοκτησία που μπορείνα αποθηκευτείσε ένα μέρος ενός φυσικού συστήματος και μεταφέρεται ή «μεταφέρεται» από τον ένα χώρο αποθήκευσης στον άλλο. Η ιδέα είναι να ενισχυθεί η ιδέα ότι η ενέργεια διατηρεί την ταυτότητά της όταν μεταφέρεται - δεν αλλάζει μορφές καθεαυτή. Αυτό μας ενθαρρύνει επίσης να διασφαλίσουμε ότι η ενέργεια έχει πάντα ένα σπίτι και ότι λαμβάνουμε υπόψη όλη την ενέργεια σε ένα σύστημα πριν και μετά από έναν μετασχηματισμό. δεν «φτιάχνεται» ή «χάνεται» (και τα δύοαπό αυτάιδέες έρχονται σε αντίθεση με το Νόμο της Διατήρησης της Ενέργειας). Όταν η ενέργεια μεταφέρεται, πρέπει επομένως να προσδιορίσουμε από πού προέρχεται και πού πηγαίνει—όλα! Και πάλι, δεν μπορούμε απλώς να χαθούμε. Όταν η ενέργειαμεταφέρεται, πρέπει νανα είναι κάποιος μηχανισμός που σχετίζεταιμε αυτή τη μεταβίβαση. Ας το σκεφτούμε αυτό για να μας βοηθήσει να εξηγήσουμε κάποια φαινόμενα που μας ενδιαφέρουν. Αυτός ο μηχανισμός είναι μέρος του «πώς» που συχνά μας ενδιαφέρει να κατανοήσουμε. Τέλος, αν μιλάμε για μεταγραφή, εμείςπρέπεισυνειδητοποιήστε ότι και τα δύο συστατικά,το μέρος του φυσικού συστήματος που έδωσε ενέργεια και το μέρος του συστήματος που έλαβε αυτήν την ενέργεια, αλλάζουναπό την αρχική τους κατάσταση. Θα πρέπει να βεβαιωθούμεότικοιτάμεόλα τασυστατικά ενός συστήματος για αλλαγές στην ενέργεια κατά την εξέταση ενός μετασχηματισμού.

Πηγές ενέργειας

Τελικά, η πηγή ενέργειας για πολλές διεργασίες που συμβαίνουν στην επιφάνεια της Γης προέρχεται από την ηλιακή ακτινοβολία. Αλλά όπως θα δούμε, η βιολογία ήταντετραπέρατοςστην αξιοποίηση ποικίλων μορφών ενέργειας για την κατασκευή και τη συντήρηση ζωντανών όντων. Καθώς προχωράμε σε αυτό το μάθημα, θα εξερευνήσουμε μια ποικιλία πηγών ενέργειας καιτους τρόπους με τους οποίουςη βιολογία έχειεπινοήθηκεγια τη μεταφορά ενέργειας από αυτά τα καύσιμα.

Ενέργεια σε χημικές αντιδράσεις

Οι χημικές αντιδράσεις περιλαμβάνουν μια ανακατανομή της ενέργειας εντός των αντιδρώντων χημικών ουσιών και με το περιβάλλον τους. Έτσι, είτε μας αρέσει είτε όχι, πρέπει να αναπτύξουμε κάποια μοντέλα που μπορούν να μας βοηθήσουν να περιγράψουμε πού βρίσκεται η ενέργεια σε ένα σύστημα (ίσως πώς «αποθηκεύεται»/διανέμεται) και πώς μπορείνα μετακινηθείγύρω σε μια αντίδραση. Τα μοντέλα που αναπτύσσουμε δεν θα το κάνουννα είναι υπερβολικά λεπτομερήςμε την έννοια ότι θα ικανοποιούσαν έναν σκληροπυρηνικό χημικό ή φυσικό με το επίπεδο των τεχνικών τους λεπτομερειών, αλλά αναμένουμε ότι θα πρέπει να είναι τεχνικά σωστά και να μην σχηματίζουν λανθασμένα νοητικά μοντέλα που θα δυσκολεύουν την κατανόηση των «βελτιστοποιήσεων» αργότερα.

Από αυτή την άποψη, μία από τις βασικές έννοιες που πρέπει να κατανοήσουμε είναι ότι θα σκεφτόμαστε ότι η ενέργεια μεταφέρεται μεταξύ τμημάτων ενός συστήματος αντί να αναφερόμαστε στο να σκεφτόμαστε υπερβολικά ως μετασχηματισμένο. Η διάκριση μεταξύ «μεταφοράς» και «μετατροπής» είναι σημαντική γιατί το τελευταίο δίνει την εντύπωση ότι η ενέργεια είναι μια ιδιότητα που υπάρχει σε διαφορετικές μορφές, ότι με κάποιο τρόπο αναδιαμορφώνεται. Η κοινή χρήση του όρου «μετασχηματισμός» σε σχέση με την ενέργεια είναι κατανοητή καθώς διαφορετικά φαινόμενα που συνδέονται με την έννοια της ενέργειας φυσικά «μοιάζουν» διαφορετικά σε εμάς. Ωστόσο, ένα πιθανό πρόβλημα με τη χρήση της γλώσσας "μετασχηματισμού" είναι ότι μερικές φορές είναι δύσκολο να συμβιβαστείτε με την ιδέα ότι η ενέργεια διατηρείται (σύμφωνα με τον πρώτο θερμοδυναμικό νόμο) εάν αλλάζει συνεχώς μορφή. Πώς μπορεί η οντότητα της ενέργειαςνα διατηρηθείαν μετά από έναν μετασχηματισμό δεν είναι πλέον το ίδιο πράγμα (π.χ. μεταμορφωμένο); Ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής μας λέει ότι κανένας μετασχηματισμός δεν διατηρεί όλη την ενέργεια σε ένα σύστημα. Εάν η ενέργεια «μεταμορφώνεται», πώς μπορείνα διατηρηθείκαι εξακολουθεί να είναι συνεπής με τον δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής;

Ετσι,Αντίθετα, θα προσεγγίσουμε αυτό το ζήτημα μεταφέροντας και αποθηκεύοντας ενέργεια μεταξύ διαφορετικών τμημάτων ενός συστήματος και έτσι θα σκεφτούμε την ενέργεια ως μια ιδιότητα που μπορεί να ανακατανεμηθεί. Αυτό ελπίζουμε ότι θα διευκολύνει τον υπολογισμό της ενέργειας. Όχι ότι η ιδέα της "μεταφοράς" ενέργειας είναι συνεπής και συμβατή με όρους όπως "δυναμική ενέργεια" και "κινητική ενέργεια", καθώς αυτοί είναι χρήσιμοι για την περιγραφή του τρόπου με τον οποίο η ενέργειαδιανέμεταιμεταξύ της κίνησης της ύλης και των διαφόρων πεδίων (π.χ. ηλεκτρικό,βαρυτική, και τα λοιπά.)σεένα σύστημα.

ΠΡΟΣΟΧΗ

Εάν σκεφτόμαστε να μεταφέρουμε ενέργεια από ένα μέρος ενός συστήματος σε άλλο, πρέπει επίσης να είμαστε προσεκτικοί ΔΕΝ αντιμετωπίζοντας την ενέργεια σαν μια ουσία που κινείται σαν ρευστό ή «πράγμα». Αντίθετα, πρέπει να εκτιμήσουμε την ενέργεια ως ιδιότητα ενός συστήματος που μπορείνα μετρηθείκαι αναδιοργανώθηκε αλλά αυτό δεν είναι ούτε «πράγμα» ούτε κάτιότιείναι τη μια στιγμή σε μια μορφή και αργότερα σε μια άλλη.

Δεδομένου ότι συχνά θα ασχολούμαστε με μετασχηματισμούς βιομορίων, μπορούμε να ξεκινήσουμε με το να σκεφτόμαστε πού μπορεί η ενέργειανα βρεθεί/αποθηκευμένα σε αυτά τα συστήματα. Θα ξεκινήσουμε μεένα ζευγάρι απόιδέες και προσθέστε περισσότερες σε αυτές αργότερα.

Ας προτείνουμε αυτό το ένα μέρος που μπορεί η ενέργειανα αποθηκευτείβρίσκεται στην κίνηση της ύλης. Για συντομία, θα δώσουμε στην ενέργεια που αποθηκεύεται στην κίνηση ένα όνομα: κινητική ενέργεια. Τα μόρια στη βιολογία βρίσκονται σε συνεχή κίνηση και επομένως έχουν μια ορισμένη ποσότητα κινητικής ενέργειας (ενέργεια που αποθηκεύεται στην κίνηση) που σχετίζεται με αυτά.

Ας προτείνουμε επίσης ότι υπάρχει μια ορισμένη ποσότητα ενέργειας αποθηκευμένη στα ίδια τα βιομόρια και ότι η ποσότητα ενέργειας που αποθηκεύεται σε αυτά τα μόριασχετίζεταιμε τους τύπους και τους αριθμούς των ατόμων στα μόρια και την οργάνωσή τους (τον αριθμό και τα είδη των δεσμών μεταξύ τους). Η συζήτηση για το πού ακριβώς βρίσκεται η ενέργειαείναι αποθηκευμένοστα μόρια είναι πέρατο πεδίο εφαρμογής τουαυτή την κλάση, αλλά μπορούμε να την προσεγγίσουμε υποδεικνύοντας ότι ένας καλός διακομιστής είναι στα ομόλογα.Μπορεί να συσχετίζονται διαφορετικοί τύποι ομολόγωνμε την αποθήκευση διαφορετικών ποσοτήτων ενέργειας. Σε ορισμένα πλαίσια,αυτός ο τύπος αποθήκευσης ενέργειας θα μπορούσε να επισημανθείδυναμική ενέργεια ή χημική ενέργεια. Με αυτή την άποψη, ένατων πραγμάτωνπου συμβαίνει κατά τη δημιουργία και τη διάσπαση των δεσμών σε μια χημική αντίδραση είναι ότιη ενέργεια μεταφέρεταισχετικά με το σύστημα σε διαφορετικάτύποιδεσμούς. Σετο πλαίσιο τουΜια Ενεργειακή Ιστορία, θα μπορούσε κανείς θεωρητικά να μετρήσει την ποσότητα ενέργειας που αποθηκεύεται στους δεσμούς και την κίνηση των αντιδρώντων και την ενέργεια που αποθηκεύεται στους δεσμούς και την ενέργεια των προϊόντων.

Μερικές φορές, μπορεί να διαπιστώσετε ότι όταν αθροίζετε την ενέργεια που αποθηκεύεται στα προϊόντα και την ενέργεια που αποθηκεύεται στα αντιδρώντα, αυτά τα αθροίσματα δεν είναι ίσα. Εάν η ενέργεια στα αντιδρώντα είναι μεγαλύτερη από αυτή των προϊόντων, πού πήγε αυτή η ενέργεια; Έπρεπε να μεταφερθεί σε κάτι άλλο. Κάποιοι θασίγουραέχουν μετακινηθεί σε άλλα μέρη του συστήματος, αποθηκευμένα στην κίνηση άλλων μορίων (θέρμανση του περιβάλλοντος) ή ίσως στην ενέργεια που σχετίζεται με τα φωτόνια του φωτός. Ένα καλό παράδειγμα της πραγματικής ζωής είναι η χημική αντίδραση μεταξύ ξύλου και οξυγόνου (αντιδρώντα) και η μετατροπή του σε διοξείδιο του άνθρακα και νερό (προϊόντα). Στην αρχή, η ενέργεια στο σύστημα βρίσκεται σε μεγάλο βαθμό στους μοριακούς δεσμούς του οξυγόνου και του ξύλου (αντιδρώντα). Υπάρχει ακόμα ενέργεια στο διοξείδιο του άνθρακα και στο νερό (προϊόντα), αλλά λιγότερη από την αρχή. Όλοι το εκτιμούμε αυτόμέρος αυτής της ενέργειας μεταφέρθηκεστην ενέργεια στο φως και τη θερμότητα.Αυτή η αντίδραση όπου η ενέργεια μεταφέρεται στο περιβάλλον ονομάζεταιεξώθερμη.Αντίθετα, σεκάποιες αντιδράσεις, η ενέργεια θα μεταφερθεί από το περιβάλλον. Αυτές οι αντιδράσεις είναι ενδόθερμος.

Η μεταφορά ενέργειας μέσα ή έξω από την αντίδραση από το περιβάλλον ΔΕΝ είναι το μόνο που καθορίζειαν μια αντίδραση θα είναι αυθόρμητη ή όχι. Θα το συζητήσουμε σύντομα. Προς το παρόν, είναι σημαντικό να νιώθουμε άνετα με την ιδέα ότι η ενέργεια μπορείνα μεταφερθείμεταξύ διαφορετικών στοιχείων ενός συστήματος κατά τη διάρκεια μιας αντίδρασης και ότι θα πρέπει να μπορείτε να οραματιστείτε την παρακολούθηση του.

Δωρεάν ενέργεια

Αν θέλουμε να περιγράψουμε μετασχηματισμούς, είναι χρήσιμο να έχουμε ένα μέτρο (α) πόση ενέργεια βρίσκεται σε ένα σύστημα, (β) τη διασπορά αυτής της ενέργειας μέσα στο σύστημα και (γ) πώς αυτοί οι παράγοντες αλλάζουν μεταξύ της αρχής και του τέλους μιας διαδικασίας. Η εννοια του δωρεάν ενέργεια, που συχνά αναφέρεται ως ενέργεια Gibbs ή ενθαλπία Gibbs (συντομογραφία με το γράμμα G), κατά κάποια έννοια, κάνει ακριβώς αυτό. Μπορούμε να ορίσουμε την ενέργεια Gibbs με διάφορους αλληλομετατρέψιμους τρόπους, αλλά ένας χρήσιμος στη βιολογία είναι η ενθαλπία (εσωτερική ενέργεια) ενός συστήματος μείον την εντροπία του συστήματος κλιμακούμενη από τη θερμοκρασία.Η διαφορά στην ελεύθερη ενέργεια όταν λαμβάνει χώρα μια διεργασία αναφέρεται συχνάως προς τη μεταβολή (Δ) της ενθαλπίας (εσωτερική ενέργεια) που συμβολίζεται με H, μείον την αλλαγή σε κλίμακα θερμοκρασίας (Δ) σε εντροπία, που συμβολίζεται με S. Δείτε την παρακάτω εξίσωση.

ΔG=ΔH−TΔS

Συχνά ερμηνεύουμεοΕνέργεια Gibbs ως η ποσότητα ενέργειας που είναι διαθέσιμη για να κάνει χρήσιμη εργασία. Με λίγο κουνώντας το χέρι, μπορούμε να ερμηνεύσουμε αυτή τη δήλωση επικαλούμενοι την ιδέα που παρουσιάζεται στην ενότητα για την εντροπία, η οποία δηλώνει ότι η διασπορά της ενέργειας (που απαιτείται από τον δεύτερο νόμο) που σχετίζεται με μια θετική αλλαγή στην εντροπία αποδίδει κατά κάποιο τρόπο κάποια ενέργεια πουμεταφέρεταιλιγότερο χρήσιμο για εργασία. Κάποιος μπορεί να πει ότι αυτό αντικατοπτρίζει εν μέρει στον όρο (T∆S) της εξίσωσης.

Για να παρέχει μια βάση για δίκαιες συγκρίσεις των αλλαγών στην ενέργεια Gibbs μεταξύ διαφορετικών βιολογικών μετασχηματισμών ή αντιδράσεων,μετράται η μεταβολή της ελεύθερης ενέργειας μιας αντίδρασηςκάτω από ένα σύνολο κοινών τυπικών πειραματικών συνθηκών.Η προκύπτουσα τυπική αλλαγή ελεύθερης ενέργειας μιας χημικής αντίδρασης εκφράζεταιως ποσότητα ενέργειας ανάΕΛΙΑ δερματοςτου προϊόντος της αντίδρασης (είτε σε kilojoules είτε σε χιλιοθερμίδες, kJ/molή kcal/mol; 1 kJ = 0,239 kcal), όταν μετράται σε τυπικές συνθήκες pH, θερμοκρασίας και πίεσης. Τυπικές συνθήκες pH, θερμοκρασίας και πίεσηςείναι γενικά τυποποιημένασε pH 7,0, 25 βαθμοί Κελσίου και 100 kilopascal (1ΑΤΜπίεση), αντίστοιχα. Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι οι κυτταρικές συνθήκες διαφέρουν από αυτές τις τυπικές συνθήκες, και άρα πραγματικές (∆G) μέσα σε ένα κελί θα διαφέρει σημαντικά από αυτά που υπολογίζονται υπό τυπικές συνθήκες.

Χημική Ισορροπία—Μέρος 2: Gibbs Energy

Σε μια προηγούμενη ενότητα, ξεκινήσαμε μια περιγραφή της χημικής ισορροπίας σετο κοντέΧt τουπροθεσμιακά και αντίστροφα επιτόκια. Παρουσιάσαμε τρεις βασικές ιδέες:

  1. Σε κατάσταση ισορροπίας, οι συγκεντρώσεις των αντιδρώντων και των προϊόντων σε μια αναστρέψιμη αντίδραση δεν αλλάζουν εγκαίρως.
  2. Μια αναστρέψιμη αντίδραση σε κατάσταση ισορροπίας δεν είναι στατική - τα αντιδρώντα και τα προϊόντα συνεχίζουν νααλληλομετατρέπωσε ισορροπία, αλλά οι ρυθμοί των μπροστινών και αντίστροφων αντιδράσεων είναι οι ίδιοι.
  3. ΕμείςΔΕΝ επρόκειτο ναπέφτουν σε μια κοινή μαθητική παγίδα να υποθέσουμε ότι η χημική ισορροπία σημαίνει ότι οι συγκεντρώσεις των αντιδρώντων και των προϊόντων είναι ίσες στην ισορροπία.

Εδώ επεκτείνουμε τη συζήτησή μας και βάζουμε την έννοια της ισορροπίας στο πλαίσιο της ενέργειας Gibbs, ενισχύοντας επίσης την άσκηση Ενεργειακής Ιστορίας της εξέτασης των καταστάσεων "Πριν/Έναρξη" και "Μετά/Τέλος" μιας αντίδρασης (συμπεριλαμβανομένης της εγγενούς πάροδο του χρόνου) .

Φιγούρα 1. Διάγραμμα συντεταγμένων αντίδρασης για μια γενική εξεργετική αναστρέψιμη αντίδραση. Εξισώσεις που σχετίζονται με την ενέργεια Gibbs και τη σταθερά ισορροπίας: R = 8,314 J mol-1 κ-1 ή 0,008314 kJ mol-1 κ-1; T είναι η θερμοκρασία σε Kelvin. Απόδοση:Μαρκ Τ. Facciotti (πρωτότυπο έργο)

Το παραπάνω σχήμα δείχνει μια συχνά αναφερόμενη σχέση μεταξύ του ΔG° καιKeq:

∆G° = -RT ln Keq

Εδώ, το G° υποδεικνύει την ενέργεια Gibbs υπό τυπικές συνθήκες (π.χ., 1 ατμόσφαιρα πίεσης, 298 K). Αυτή η εξίσωση περιγράφει τη μεταβολή της ενέργειας Gibbs για τα αντιδρώντα που μετατρέπονται σε προϊόντα σε μια αντίδρασηότιβρίσκεται σε ισορροπία.Μπορούμε λοιπόν να σκεφτούμε την τιμή του ΔG°ως εγγενές στα ίδια τα αντιδρώντα και τα προϊόντα. ∆G° είναισανδιαφορά δυναμικής ενέργειας μεταξύ αντιδρώντων και προϊόντων. Με αυτή την έννοια ως βάση, μπορεί κανείς επίσης να εξετάσει μια αντίδραση όπου η κατάσταση "εκκίνησης" είναι κάπου εκτός ισορροπίας.Σε αυτήν την περίπτωση, μπορεί να υπάρχει ένα επιπλέον «δυναμικό» που σχετίζεται με την κατάσταση εκκίνησης εκτός ισορροπίας. Αυτό το «προστιθέμενο» συστατικό συμβάλλει στο ΔG μιας αντίδρασης και μπορείνα προστεθούν αποτελεσματικάστην έκφραση για την ενέργεια Gibbsως εξής:

∆G = ∆G° + RT ln Q

όπουQλέγεταιτο πηλίκο της αντίδρασης. Από τη σκοπιά του BIS2A, θα χρησιμοποιήσουμε ένα απλό (λίγοελλιπής αλλά λειτουργικός) ορισμόςΓια

Q = [Προϊόντα] ÷ [Αντιδρώντα]

στομια καθορισμένη συνθήκη μη ισορροπίας. Μπορεί κανείς να επεκτείνει αυτήν την ιδέα και να υπολογίσει την ενεργειακή διαφορά Gibbs μεταξύ δύο καταστάσεων μη ισορροπίας, υπό την προϋπόθεση ότι αυτέςορίζονται σωστάκαι έτσι να υπολογίσετε τις αλλαγές ενέργειας Gibbs μεταξύ ειδικά καθορισμένων καταστάσεων εκτός ισορροπίας. Αυτό το τελευταίο σημείο είναι συχνά σχετικό με αντιδράσεις που βρίσκονται σε βιολογικά συστήματα όπωςαυτές οι αντιδράσεις εντοπίζονται συχνάσε μονοπάτια πολλαπλών βημάτων που διατηρούν τις μεμονωμένες αντιδράσεις σε κατάσταση εκτός ισορροπίας.

Αυτό μας οδηγεί σε ένα σημείο σύγχυσης για κάποιους. Σε πολλά βιβλία βιολογίας, η συζήτηση της ισορροπίας περιλαμβάνει όχι μόνο τη συζήτηση των ρυθμών μπροστινής και αντίστροφης αντίδρασης αλλά και μια δήλωση ότι ΔG = 0 σε ισορροπία. Αυτό μπορείείναι μπερδεμένοεπειδή αυτές ακριβώς οι συζητήσεις συχνά ακολουθούν συζητήσεις μη μηδενικών τιμών ΔG° σετο πλαίσιο τουισορροπία (∆G° = -RTlnKeq). Η απόχρωση που πρέπει να επισημανθεί είναι ότι το ΔG° αναφέρεται στο ενεργειακό δυναμικό Gibbs που είναι εγγενές στον χημικό μετασχηματισμό μεταξύ αντιδρώντων και προϊόντων μόνο. Αυτόείναι διαφορετικόαπό την εξέταση της προόδου της αντίδρασης από μια κατάσταση εκτός ισορροπίας πουπεριγράφεταιμε:

∆G = ∆G° + RT ln Q

Αυτή η έκφραση μπορεί να επεκταθείως εξής:

∆G = -RT ln Keq + RT ln Q

προς τοφέρτε την απόχρωση σε σαφέστερη εστίαση.Σε αυτήν την περίπτωσηΣημειώστε ότι καθώς το Q πλησιάζει το Keq, η αντίδραση ΔG πλησιάζει στο μηδέν, φτάνοντας τελικά στο μηδέν όταν Q = Keq. Αυτό σημαίνει ότι η ενέργεια Gibbs της αντίδρασης (∆G) φθάνει στο μηδέν στην ισορροπία, όχι ότι η διαφορά δυναμικού μεταξύ υποστρωμάτων και προϊόντων (ΔG°) φτάνει στο μηδέν.