Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

5.2: Реакції: сприятливі, несприятливі та їх динаміка

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    2760

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Як ми побачимо, біологічні системи надзвичайно складні; як їх загальні структурні елементи, так і багато їх молекулярні компоненти (включаючи ДНК) є продуктами термодинамічно несприятливих процесів і реакцій. Як відбуваються ці реакції в живих системах? Відповідь виходить від зв'язку термодинамічно сприятливих реакцій з термодинамічно несприятливими реакціями. Це тип роботи, хоча і не в стандартній макроскопічній фізиці моделі роботи (w) = сила x відстань. У разі (хімічного) реакційного зв'язку задіяна робота призводить термодинамічно несприятливі реакції, як правило, синтез великих і складних молекул і макромолекул (тобто дуже великих молекул). Тут ми розглянемо термодинаміку цих процесів.

    Думаючи про енергію: Термодинаміка лежить в основі про енергію та зміни енергії. Це призводить до нетривіального питання, що таке енергія? Енергія надходить у багатьох формах. Існує енергія, пов'язана з рухом і вібраціями предметів з масою. На атомному і молекулярному рівні є енергія, пов'язана з (квантовим) станом електронів. Існує енергія, пов'язана з полями, яка залежить від природи об'єкта (наприклад, його маси або електричного заряду) та його положення в полі. Є енергія, пов'язана з електромагнітним випромінюванням, найбільш звична форма - видиме світло, але електромагнітне випромінювання поширюється від мікрохвиль до рентгенівських променів. Нарешті, є енергія, яка присутня в самій природі матерії, така енергія описується рівнянням:

    е (енергія) = м (маса) х c 2 (c = швидкість світла)

    Щоб проілюструвати цей принцип, ми можемо закликати наш щоденний досвід. Енергію можна використовувати, щоб змусити щось рухатися. Уявіть собі систему коробки, що сидить на чорновій підлозі. Ви засуваєте коробку так, щоб вона рухалася, а потім ви перестаєте натискати - коробка подорожує на невелику відстань, а потім зупиняється. Перший закон термодинаміки полягає в тому, що загальна енергія в системі постійна. Отже, питання в тому, куди пішла енергія? Одна відповідь може полягати в тому, що енергія була знищена. Це неправильно. Ретельні спостереження змушують нас зробити висновок, що енергія все ще існує, але що вона була перетворена. Однією з очевидних змін є перетворення енергії з механічної сили в якусь іншу форму, так що ж це за інші форми? Навряд чи маса коробки збільшилася, тому доводиться дивитися на більш тонкі форми — швидше за все це тепло. Тертя, що утворюється при переміщенні коробки, являє собою збільшення рухів молекул коробки та підлоги, над якими рухалася коробка. Через зіткнення і вібрації ця енергія з часом буде розподілятися по всій системі. Цей тепловий рух можна побачити в тому, що відомо як броунівський рух. У 1905 році Альберт Ейнштейн пояснив броунівський рух з точки зору існування, розмірів і рухів молекул 148.

    У розглянутій нами системі концентрована енергія, яка використовується для переміщення коробки, була розподілена по всій системі. Хоча можна було б використовувати поштовх, щоб щось перемістити (працювати), дифузну термоенергію не можна використовувати для роботи. Поки загальна кількість енергії зберігається, її здатність робити речі зменшилася (майже скасована). Це передбачає поняття ентропії, до якого ми звернемося далі.

    Автори та атрибуція