Svar
I de fleste kjemiske reaksjoner der bindinger brytes, er andre bindinger dannet. Ta et eksempel på hydrolysen av ATP. En binding mellom to fosfatgrupper går i stykker, men en av fosfatgruppene danner en ny binding med oksygenet i vann. Hvorvidt energi frigjøres eller tas opp (om reaksjonen er eksoterm eller endoterm) avhenger av summen av energiene som er forbundet med å bryte og lage bindinger i den reaksjonen.
Hvordan frigjør bindingsdannelse energi?
I det enkleste tilfellet i form av kinetisk energi, oppvarming av reaksjonsblandingen. Når det gjelder ATP-hydrolyse i biologiske prosesser, blir energien noen ganger omdannet til mekanisk energi (muskelsammentrekning), brukt til å kjøre pumper (overføring av signaler i nervesystemet), eller andre prosesser som ikke vil gå fremover alene. / p>
Svar
Jeg elsker dette spørsmålet!
Jeg underviser i kjemi på forskjellige nivåer og dette konseptet rundt ATP-hydrolyse forårsaker flere problemer for studentene mine enn noen annen. Ofte er dette første gang en student møter et konkret eksempel på binding (i en biologiklasse), og de går så ofte bort med feil ide om prosessene for dannelse og binding av bånd.
Å bryte en bånd frigjør isolert sett aldri energi. Binding er en stabil tilstand sammenlignet med den ubundne arten, hvor motsatte ladninger er nærmere hverandre når de er bundet sammenlignet med ubundet, og hele systemet har en lavere (elektrisk) potensiell energi. Bindingen brutt i hydrolysen av ATP er ikke annerledes. Det er en ganske svak binding, men krever fortsatt energi for å bli brutt.
Årsaken til at det frigjøres energi i prosessen er fordi produktene som dannes (ADP og hydrogenfosfat / fosfat) har sterkere kovalente bindinger (pluss intermolekylær krefter med den omkringliggende løsningen og oppløste ioner) enn utgangsmaterialene. Dette er tilfelle for enhver eksoterm prosess. Når du bryter P-O-bindingen i ATP, dannes en ny P-O-binding i hydrogenfosfatet, men du må også se på samspillet mellom utgangsmaterialene sammenlignet med produktene med løsningen. Vi bør også merke oss at vannet som angriper fosfatgruppen i hydrolysereaksjonen da må deprotoneres, og det dannede hydrogenfosfationet vil dissosieres delvis til fosfat, så det skjer mye!
Også, det er verdt å merke seg at når folk sier «energi frigjøres i ATP-hydrolyse», refererer de vanligvis til Gibbs Free Energy, som også inkluderer bidraget fra systementropiendring (tidstemperatur) samt entalpiendring (bestemt av binding og annen elektrostatisk interaksjonsstyrke). Når det gjelder ATP-hydrolyse, har vi under de fleste forhold også en økning i entropien til systemet, og dette driver prosessen til å bli enda mer eksergonisk (gunstig, kan brukes til å drive andre prosesser) enn entalpi alene skulle tilsi.
Vær snill å forstå: kjemien som er involvert her er faktisk veldig kompleks, og den totale brukbare energien som blir gjort tilgjengelig avhenger av mange faktorer utenfor strukturen til startm luftfartøy og produktene. For å virkelig forstå ATP-hydrolyse, krever kunnskap om alle arts «konsentrasjoner (da dette påvirker drivkraften), inkludert forskjellige oppløste ioniske arter som normalt ikke er inkludert i den enkle reaksjonsligningen.
For å svare på din siste del, bindingsdannelse fra isolerte arter frigjør alltid energi ettersom motsatte ladninger nærmer seg hverandre og potensiell energi synker.