Năng lượng tự do: Một giả thuyết nhưng là công cụ tiện lợi
Một câu hỏi quan trọng đối với nhà hoá học, đặc biệt
đối với
nhà hoá sinh học là: Phản ứng sẽ xảy ra theo hướng
từ phải sang
trái? Gibbs, một trong những người xây dựng nên
nhiệt động học
nhận thấy câu trả lời cho câu hỏi này nằm trong sự so
sánh thay đổi
enthalpy và thay đổi entropy ở một nhiệt độ nào đó,
năng lượng tự
do Gibbs được định nghĩa như sau:
G = H - TS (1.9)
Cho bất kỳ quá trình A B ở nhiệt độ và áp suất
không đổi
9 trang |
Chia sẻ: aloso | Lượt xem: 4030 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem nội dung tài liệu Năng lượng tự do: Một giả thuyết nhưng là công cụ tiện lợi, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Năng lượng tự do: Một giả thuyết nhưng là công cụ
tiện lợi
Một câu hỏi quan trọng đối với nhà hoá học, đặc biệt
đối với
nhà hoá sinh học là: Phản ứng sẽ xảy ra theo hướng
từ phải sang
trái? Gibbs, một trong những người xây dựng nên
nhiệt động học
nhận thấy câu trả lời cho câu hỏi này nằm trong sự so
sánh thay đổi
enthalpy và thay đổi entropy ở một nhiệt độ nào đó,
năng lượng tự
do Gibbs được định nghĩa như sau:
G = H - TS (1.9)
Cho bất kỳ quá trình A B ở nhiệt độ và áp suất
không đổi.
Sự thay đổi năng lượng tự do được tính:
G = H - T S (1.10)
Nếu G gần = 0 quá trình ở cân bằng, không đi theo
hướng
thuận hoặc ngược lại khi G = 0
S = H/T và thay đổi enthalpy và entropy là cân
bằng chính
xác. Bất kỳ quá trình với G khác 0 thực hiện tự
động đến trạng
thái cuối cùng có năng lượng tự do thấp. Nếu G âm
thì quá trình
xảy ra theo hướng từ trái sang phải.
Nếu G 0 phản ứng xảy ra theo hướng ngược lại
(ký hiệu và
giá trị của G cho phép xác định quá trình sẽ xảy ra
nhanh như thế
nào). Nếu quá trình có G âm thì quá trình tự xảy ra,
nếu G dương
thì quá trình không tự xảy ra (hay tự xảy ra theo
chiều nghịch).
Thay đổi năng lượng tự do tiêu chuẩn
Thay đổi năng lượng tự do G cho bất kỳ phản ứng
nào phụ
thuộc vào chất tham gia phản ứng và sản phẩm phản
ứng và cũng bị
ảnh hưởng bởi điều kiện phản ứng kể cả nhịêt độ, áp
suất và pH và
nồng độ của chất phản ứng và sản phẩm.
Nếu thay đổi năng lượng tự do cho một phản ứng là
nhạy cảm
với điều kiện hoà tan, điều gì đặc biệt có ý nghĩa cho
sự thay đổi
năng lượng tự do ở trạng thái tiêu chuẩn. Để trả lời
cho câu hỏi này
xem xét một phản ứng giữa hai chất A và B để tạo
nên sản phẩm C
và D
A + B C + D (1.11)
Thay đổi năng lượng tự do cho nồng độ không ở
trạng thái tiêu
chuẩn là
8
G = G0 + RT ln [A] [B]
[C] [D]
(1.12)
[A] [B]
[C] [D]
= Keq
Ở trạng thái cân bằng G = 0
Chúng ta có
G0 = - RT ln Keq (1.13)
hoặc logarit cơ số 10
G0 = - 2,3 RT/ log 10 Keq (1.14)
Nó được biến đổi Keq =10 - G/2,3 RT (1.15)
Trong bất cứ dạng nào mối liên hệ cho phép xác định
thay đổi
năng lượng tự do tiêu chuẩn cho bất kỳ quá trình nào
nếu hằng số
cân bằng được biết.
ứng trong dung dịch là một hàm của sự thay đổi năng
lượng tự
do tiêu chuẩn cho quá trình, nghĩa là G0 là cách
viết khác của hằng
số cân bằng.
Ví dụ hằng số cân bằng xác định bởi Brandts ở một
số nhiệt độ
với sự biến tính của chymotrypsinogen có thể được
dùng để tính sự
thay đổi năng lượng tự do cho quá trình biến tính. Ví
dụ hệ số cân
bằng ở 54,50C là 0,27, như vậy
G0 = - (8,314 J/mol. K (327,5K) ln (0,27)
G0 = - (2,72 kJ/mol . ln (0,27)
G0 = 3,56 kJ/mol
Ký hiệu dương của G0 nghĩa là quá trình biến tính
không ưu
thế. Dạng gập là dạng bền của protein ở 54,50C. Mặt
khác độ lớn
tương đối nhỏ của G0 nghĩa là dạng gập chiếm ưu
thế nhỏ.
Tính cả H0 và G0 của sự biến tính chymotrypsin,
có thể tính
S0 sử dụng phương trình (3.10).
S0 =
T
( G0 ΔH0 ) (1.16)
Ở 54,50C (327,5 K)
S0 = - (3560 - 533,000 J/mol) / 327,5 K
S0 = 1,620J/mol.K
Hình 1.3 biểu diễn sự phụ thuộc của S0 vào nhiệt
độ biến tính
của chymotrypsin ở pH = 3. Giá trị dương S0 chỉ
rằng dung dịch
50 52 54 56 58 60 62
10
8
6
4
2
0
-2
-4
-6
-8
-10
G, kj/mol
Nhiệt độ oC
10
protein đã trở nên không trật tự khi protein bị biến
tính. So sánh giá
trị 1,62 kJ/mol.K với giá trị S0 ở bảng 1.1 chỉ ra
rằng giá trị hiện tại
cho chymotrypsin ở 54,50C là hoàn toàn lớn. Ý nghĩa
vật lý của chỉ
số nhiệt động học cho sự biến tính của chymotrypsin
sẽ rõ hơn trong
phần sau.
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- Năng lượng tự do- Một giả thuyết nhưng là công cụ tiện lợi.pdf