Lezione 7: Termodinamica Chimica

Introduzione

• Concetti di termodinamica chimica trattati in modo concettuale.
• Preparazione per il corso di biologia.

Concetti Generali

• Sistema: luogo dove avviene la reazione chimica (provette, ecc.).
• Ambiente: interagisce con il sistema scambiando energia e calore.
• L'insieme di sistema e ambiente forma l'universo.

Coordinate Energetiche delle Reazioni

• L'energia esiste in varie forme:
  • Energia termica (es. calore del sole).
  • Energia chimica (es. legami chimici).
  • Energia da combustione (es. benzina).
• L'energia si conserva e si trasforma, non viene distrutta.

Entalpia di Legame

• Ogni molecola ha un'entalpia determinata da:
  • Legami chimici.
  • Temperatura.
  • Pressione.
• Valutazione dell'ΔH (variazione di entalpia):
  • ΔH = HP - HR.
• Reazioni esotermiche: ΔH < 0, liberano energia (es. calore).
• Reazioni endoergoniche: ΔH > 0, assorbono energia.

Entropia

• L'entropia è il grado di disordine del sistema.
• Esempio: dissoluzione di NaCl in acqua aumenta l'entropia.
• ΔS = S prodotti - S reagenti.
• Reazioni spontanee: ΔS > 0 (disordine aumenta).

Energia Libera di Gibbs

• Energia libera (G): G = H - T*S.
• ΔG determina la spontaneità della reazione:
  • ΔG < 0: reazione spontanea.
  • ΔG > 0: reazione non spontanea.
• Relazione tra ΔH e ΔS:
  • Se ΔH < 0 e ΔS > 0, ΔG sarà < 0.*

Energia di Attivazione

• Energia di attivazione: energia necessaria per iniziare una reazione.
• Importante per comprendere il funzionamento degli enzimi.
• Esempio: ammoniaca e acqua.
• Reazioni con alta ΔG di attivazione tendono a essere irreversibili.

Reazioni Irreversibili e Reversibili

• Reazioni irreversibili: equilibrio dinamico spostato verso i prodotti.
• Reazioni reversibili: equilibrio dinamico ugualmente distribuito tra reagenti e prodotti.

Ruolo degli Enzimi

• Gli enzimi abbassano l'energia di attivazione.
• Esempio: anidrasica carbonica nella reazione di bicarbonato.
• Gli enzimi aumentano la velocità delle reazioni biologiche.
• L'energia di attivazione viene immagazzinata nei legami creati tra enzima e reagenti.