Chapter 5: Introduction to Energy Transfer Flashcards
(36 cards)
Beschrijf de eerste en tweede wet van thermodynamica
- De eerste wet van thermodynamica stelt dat energie nooit kan ontstaan of verloren gaat. In plaats daarvan transformeert energie zich van de ene naar de andere vorm.
- De tweede wet van thermodynamica stelt dat equilibrium wordt behaald wanneer er maximale entropie is ontstaan. Oftewel de chaos van een systeem neemt altijd toe.
Wat wordt er bedoeld met het principe van energiebehoud?
Dit heeft te maken met de eerste thermodynamica wet, namelijk dat energie niet gecreëerd kan worden, noch kan het verloren gaan. Daarentegen kan energie wel transformeren van het een naar het ander zonder dat tijdens deze transformatie energie verloren gaat.
Wat bepaald de totale hoeveelheid energie van het fysiologische systeem van het lichaam?
De potentiële energie en kinetische energie.
Wat is enthalpie (H)?
Een thermodynamische maat voor de verandering in thermische energie tijdens een reactie.
Wat is entropie?
Entropie kan ook wel omschreven worden als chaos. Het omschrijft de mate van de verspreiding van energie. Hoe meer verspreid deze is, hoe meer entropie er is.
Verder is er bij deze maat sprake van ‘spontaniteit’. Wanneer er sprake is van meer entropie, zal een reactie binnen dit systeem spontaan verlopen. Oftewel, zonder dat er extra energie nodig is om de reactie op gang te brengen.
In thermodynamica wordt er veel gesproken van ‘spontaniteit’. Wat wordt er hiermee bedoeld?
Wanneer er sprake is van meer entropie/chaos, zal een reactie binnen dit systeem spontaan verlopen. Oftewel, zonder dat er extra energie nodig is om de reactie op gang te brengen (endergonische reactie).
Wat is Gibbs vrije energie (ΔG)?
Een maat voor de bruikbare energie die in een systeem beschikbaar is om werk te verrichten. Het vertelt ons over hoe ‘spontaan’ een reactie kan verlopen.
Wat bepaald de verandering in Gibbs vrije energie (ΔG)? Geef hierbij de formule.
- De verandering in Gibbs vrije energie wordt bepaald door de temperatuur (T) en de verandering in enthalpie (ΔH) en entropie (ΔS).
- ΔG = ΔH - TΔS
Wat houdt endergonisch in?
Een fysiek of chemisch process waarbij energie nodig is.
Wat houdt exergonisch in?
Een fysiek of chemisch proces waarbij energie vrijkomt.
Wat betekent een negatieve ΔG? En beschrijft dit een exergonische of endergonische reactie?
Een negatieve ΔG houdt in dat de vrije energie van het systeem afneemt tijdens de reactie. Dit beschrijft dan een spontane reactie. Dit komt omdat energie vrijkomt tijdens de reactie en er dus sprake is van een exergonische reactie.
Wat betekent een positieve ΔG? En beschrijft dit een exergonische of endergonische reactie?
Een positieve ΔG houdt in dat de vrije energie van het systeem toeneemt tijdens de reactie. Dit beschrijft dan een niet-spontane reactie, waarbij energie opgeslagen wordt tijdens deze reactie.
Aan de hand van Gibbs vrije energie kan bepaald worden of een reactie spontaan verloopt. Hierbij wordt de verandering in Gibbs vrije energie bepaald door de temperatuur (T) en de verandering in enthalpie (ΔH) en entropie (ΔS): ΔG = ΔH - TΔS.
Leg uit hoe een exergonische reactie relateert aan deze parameters.
Een exergonische reactie houdt in dat er energie vrijkomt bij de reactie, waardoor er dus sprake is van hoge spontaniteit.
* ΔH is vaak negatief omdat energie wordt vrijgegeven in de vorm van warmte of een andere vorm van energie.
* ΔS is vaak positief omdat de wanorde in het systeem toeneemt (wanneer een vast molecuul omgezet wordt in gasvormige moleculen bijvoorbeeld). ΔS kan ook negatief zijn, wanneer ΔH voldoende negatief is.
* TΔS: bij een positieve ΔS en hogere temperatuur wordt de invloed van entropie groter.
* * ΔG is negatief en spontaan, waardoor er dus geen externe energie nodig is om de reactie te laten verlopen.
Leg uit aan de hand van ΔG, ΔH en ΔS waarom de hieronder beschreven reactie een exergonische reactie is.
CH4 + 2O2 > CO2 + 2 H2O + energie
Hint: CO2 en H2O zijn gasvormige moleculen
- ΔH: in de reactie is zichtbaar dat er energie vrijkomt. ΔH is dus negatief, omdat het systeem energie afgeeft in de vorm van warmte.
- ΔS: in deze reactie wordt methaan en zuurstof omgezet in gasvormige moleculen (CO2 en H2O). Deze moleculen kunnen zich (meer) willekeurig verspreiden, waardoor de wanorde en dus entropie toeneemt. ΔS is hier dus positief.
- ΔG: omdat er sprake is van een negatieve ΔH en positieve ΔS, is ΔG negatief. Dit betekent dat de reactie spontaan verloopt.
Leg uit aan de hand van ΔG, ΔH en ΔS waarom de hieronder beschreven reactie een endergonische reactie is.
6CO2 + 6H2O + licht > C6H12O6 + 6O2
- ΔH: in de reactie is zichtbaar dat er energie nodig is. ΔH is dus positief, omdat het systeem energie in de vorm van licht opneemt.
- ΔS: de entropie neemt af in deze reactie, omdat gasvormig CO2 en vloeibaar water worden omgezet in complexe geordende moleculen zoals glucose. Hierdoor neemt de wanorde en dus entropie af.
- ΔG: omdat er sprake is van een positieve ΔH en negatieve ΔS, is ΔG positief. Dit betekent dat de reactie niet-spontaan verloopt.
Vul de ontbrekende woorden in.
De vorming van een nieuw product … (verminderd/vergroot) de potentiele energie van het originele molecuul. Gelijktijdig neemt hierdoor de kinetische energie … (toe/af). Tegenovergesteld kunnen cellen atomen en moleculen met elkaar verbinden om daarmee de potentiële energie te … (verhogen/verlagen).
De vorming van een nieuw product verminderd de potentiele energie van het originele molecuul. Gelijktijdig neemt hierdoor de kinetische energie toe. Tegenovergesteld kunnen cellen atomen en moleculen met elkaar verbinden om daarmee de potentiële energie te verhogen.
Vul de ontbrekende woorden in.
De overdracht van potentiële energie tijdens een spontaan proces, zorgt er altijd voor dat de capaciteit om werk te verrichten … (toeneemt/afneemt).
De overdracht van potentiële energie tijdens een spontaan proces, zorgt er altijd voor dat de capaciteit om werk te verrichten afneemt.
Waar of niet waar.
Uiteindelijk zal al de potentiële energie in een biologisch systeem degraderen tot een onbruikbare vorm van kinetische vorm of thermische energie.
Waar
Aan de hand van Gibbs vrije energie kan bepaald worden of een reactie spontaan verloopt. Hierbij wordt de verandering in Gibbs vrije energie bepaald door de temperatuur (T) en de verandering in enthalpie (ΔH) en entropie (ΔS): ΔG = ΔH - TΔS.
Leg uit hoe een endergonische reactie relateert aan deze parameters.
Een exergonische reactie houdt in dat er energie nodig is voor de reactie, waardoor er dus sprake is van lage spontaniteit.
* ΔH is vaak postief omdat energie wordt vereist is voor de reactie.
* ΔS kan zowel positief als negatief zijn. Een positieve ΔS duidt op een toename in wanorde en een negatieve ΔS duidt op een afname in wanorde. Veel endergonische reacties hebben een negatieve ΔS, omdat er een complexer/geordend molecuul gevormd wordt uit simpelere reactanten.
* ΔG is positief en niet spontaan, waardoor er dus externe energie nodig is om de reactie te laten verlopen.
Alle chemische en fysieke processen zullen zich uiteindelijk verplaatsen naar een systeem met hoge wanorde en dus hoge entropie.
Wat gebeurd er met de energie die beschikbaar is om werk te verrichten wanneer entropie toeneemt?
Wanneer wanorde en dus entropie toeneemt, zal de energie die beschikbaar is om werk te verrichten afnemen.
(Een rommelige kamer = hoge entropie en hierom moet je meer energie erin steken om je kamer op te ruimen, waardoor de beschikbare energie om werk te verrichten afneemt)
Noem de zes vormen van energie.
- Chemisch
- Licht
- Mechanisch
- Elektrisch
- Thermisch
- Nucleair
Noem voorbeelden van de volgende typen ‘werk’ binnen het menselijk lichaam:
* Mechanisch werk
* Chemisch werk
* Transport werk
- Mechanisch werk: de filamenten van een spiervezel die chemische energie in mechanische energie omzetten.
- Chemisch werk: de overdracht van chemische energie gedurende de interactie tussen bepaalde eiwitten en DNA en RNA
- Transport werk: het actieve process waarbij ATP nodig is om kanalen tussen cellen/weefsels te openen.
Wat is het ‘turnover number’ van een enzym?
Het maximum aantal substraten die omgezet kunnen worden door het enzym wanneer het enzym volledig verzadigd is (per tijdseenheid).
Beschrijf wat er bedoeld wordt met het ‘lock-and-key’ mechanisme van een enzym.
Dit mechanisme beschrijft de manier waarop enzymen interactie aangaan met hun substraat. De actieve ‘site’ van een enzym heeft een bepaalde vorm waar een specifiek substraat aan kan binden. Als dit substraat vervolgens met deze actieve site bindt, zal het enzym actief worden en de reactie aangaan.
