Antwoord
Bij de meeste chemische reacties waarbij bindingen worden verbroken, zijn andere bindingen gevormd. Neem uw voorbeeld van de hydrolyse van ATP. Een binding tussen twee fosfaatgroepen verbreekt, maar een van de fosfaatgroepen vormt een nieuwe binding met de zuurstof van water. Of energie wordt vrijgegeven of opgenomen (of de reactie exotherm of endotherm is) hangt af van de som van de energieën die gepaard gaan met het verbreken en maken van bindingen in die reactie.
Hoe komt er bij de vorming van een binding energie vrij?
In het eenvoudigste geval in de vorm van kinetische energie, het opwarmen van het reactiemengsel. In het geval van ATP-hydrolyse in biologische processen, wordt de energie soms omgezet in mechanische energie (spiercontractie), gebruikt om pompen te laten draaien (transmissie van signalen in het zenuwstelsel) of andere processen die niet vanzelf zouden verlopen. / p>
Answer
Ik hou van deze vraag!
Ik geef scheikunde les op verschillende niveaus en dit concept rond ATP-hydrolyse veroorzaakt meer problemen voor mijn studenten dan enig ander. Vaak is dit de eerste keer dat een student een concreet voorbeeld van binding tegenkomt (in een biologieles) en ze lopen zo vaak weg met het verkeerde idee over de processen van binding en verbreken.
binding, in isolatie, geeft nooit energie vrij. Binding is een stabiele toestand in vergelijking met de niet-gebonden soort, waarbij tegengestelde ladingen dichter bij elkaar zijn wanneer ze zijn gebonden in vergelijking met niet-gebonden en het hele systeem op een lagere (elektrische) potentiële energie is. De binding die wordt verbroken bij de hydrolyse van ATP is niet anders. Het is een vrij zwakke binding, maar er is nog steeds energie voor nodig om te worden verbroken.
De reden dat er energie vrijkomt in het proces, is omdat de gevormde producten (ADP en waterstoffosfaat / fosfaat) sterkere covalente bindingen hebben (plus intermoleculaire krachten met de omringende oplossing en opgeloste ionen) dan de uitgangsmaterialen. Dit is het geval voor elk exotherm proces. Als je de P-O-binding in ATP verbreekt, wordt er een nieuwe P-O-binding gevormd in het waterstoffosfaat, maar je moet ook kijken naar de interacties van de uitgangsmaterialen in vergelijking met de producten met de oplossing. We moeten ook opmerken dat het water dat de fosfaatgroep aanvalt in de hydrolysereactie dan moet worden gedeprotoneerd en dat het gevormde waterstoffosfaation gedeeltelijk zal dissociëren tot fosfaat, dus er is veel aan de hand!
Het is vermeldenswaard dat wanneer mensen zeggen energie komt vrij bij ATP-hydrolyse, ze normaal gesproken verwijzen naar Gibbs Free Energy, dat ook de bijdrage omvat die wordt geleverd door de systeementropieverandering (maal temperatuur) en de enthalpie-verandering (bepaald door binding en andere elektrostatische interactiesterkte). In het geval van ATP-hydrolyse hebben we onder de meeste omstandigheden ook een toename van de entropie van het systeem en dit zorgt ervoor dat het proces nog exergonischer wordt (gunstig, kan worden gebruikt om andere processen aan te sturen) dan de enthalpie alleen zou suggereren.
Begrijp alsjeblieft: de chemie die hier betrokken is, is eigenlijk erg complex en de totale beschikbare bruikbare energie hangt af van veel factoren die verder gaan dan de structuren van de startm aterials en de producten. Om ATP-hydrolyse echt te begrijpen, heb je kennis nodig van de concentraties van alle soorten (aangezien dit de drijvende kracht beïnvloedt) inclusief verschillende opgeloste ionensoorten die normaal gesproken niet in de eenvoudige reactievergelijking zijn opgenomen.
Om je laatste deel te beantwoorden, bindingsvorming van geïsoleerde soorten maakt altijd energie vrij omdat tegengestelde ladingen dichter bij elkaar komen en potentiële energie afneemt.