Risposta
Nella maggior parte delle reazioni chimiche in cui i legami sono rotti, altri legami sono formato. Prendi il tuo esempio dellidrolisi dellATP. Un legame tra due gruppi fosfato si rompe, ma uno dei gruppi fosfato forma un nuovo legame con lossigeno dellacqua. Se lenergia viene rilasciata o assorbita (se la reazione è esotermica o endotermica) dipende dalla somma delle energie associate alla rottura e alla formazione di legami in quella reazione.
In che modo la formazione del legame rilascia energia?
Nel caso più semplice sotto forma di energia cinetica, riscaldando la miscela di reazione. Nel caso dellidrolisi dellATP nei processi biologici, lenergia viene talvolta convertita in energia meccanica (contrazione muscolare), utilizzata per azionare pompe (trasmissione di segnali nel sistema nervoso) o altri processi che non andrebbero avanti da soli.
Risposta
Adoro questa domanda!
Insegno chimica a vari livelli e questo concetto sullidrolisi dellATP causa più problemi ai miei studenti di qualsiasi altro. Spesso, questa è la prima volta che uno studente incontra un esempio concreto di legame (in una lezione di biologia) e così spesso si allontana con unidea sbagliata sui processi di formazione e rottura del legame.
Rompere un il legame, isolato, non rilascia mai energia. Il legame è uno stato stabile rispetto alle specie non legate, dove le cariche opposte sono più vicine tra loro quando sono legate rispetto a quelle non legate e lintero sistema ha unenergia potenziale (elettrica) inferiore. Il legame rotto nellidrolisi dellATP non è diverso. È un legame abbastanza debole, ma richiede ancora energia per essere rotto.
Il motivo per cui viene rilasciata energia nel processo è perché i prodotti formati (ADP e idrogenofosfato / fosfato) hanno legami covalenti più forti (più intermolecolari forze con la soluzione circostante e gli ioni disciolti) rispetto ai materiali di partenza. Questo è il caso di qualsiasi processo esotermico. Quando si rompe il legame P-O nellATP, si forma un nuovo legame P-O nellidrogenofosfato, ma è anche necessario osservare le interazioni dei materiali di partenza rispetto ai prodotti con la soluzione. Dobbiamo anche notare che lacqua che attacca il gruppo fosfato nella reazione di idrolisi dovrà quindi essere deprotonata e lo ione idrogeno fosfato formato si dissocerà parzialmente in fosfato, quindi stanno succedendo molte cose!
Inoltre, vale la pena notare che quando le persone dicono “lenergia viene rilasciata nellidrolisi dellATP” si riferiscono normalmente a Gibbs Free Energy, che include anche il contributo fornito dal cambiamento di entropia del sistema (volte la temperatura) e il cambiamento di entalpia (determinato dal legame e altra forza di interazione elettrostatica). Nel caso dellidrolisi dellATP, nella maggior parte delle condizioni, abbiamo anche un aumento dellentropia del sistema e questo fa sì che il processo sia ancora più esergonico (favorevole, può essere utilizzato per guidare altri processi) rispetto alla sola entalpia suggerirebbe.
Per favore capisci: la chimica coinvolta qui è in realtà molto complessa e lenergia totale utilizzabile resa disponibile dipende da molti fattori oltre le strutture del m iniziale ateriali e prodotti. Per comprendere veramente lidrolisi dellATP è necessaria la conoscenza delle concentrazioni di tutte le specie (poiché ciò influisce sulla forza motrice), comprese varie specie ioniche disciolte che normalmente non sono incluse nella semplice equazione di reazione.
Per rispondere alla tua ultima parte, la formazione di legami da specie isolate rilascia sempre energia mentre le cariche opposte si avvicinano e lenergia potenziale diminuisce.