Termokemi

Cellbildning är ingen spontan process.

Men dem bildas väl hela tiden? Hur vet man att det inte är spontan reaktion? För att det inte ska vara en spontan reaktion/process måste gibbs energi vara positiv, delta H positiv och delta S negativ. Jag vet redan att delta S är negativ men resten då?

Det är därför vi behöver äta mat. Man kan utnyttja att entropin ökar när näringsämnen bryts ner för att driva reaktionerna där cellerna byggs upp. Totalt sett ökar alltså entropin.

Man brukar ibland beskriva livet på jorden som att det drivs av entropin från solljuset. Livet tar emot solljus (växter och alger, samt organismer som käkar upp dessa) och ger ifrån sig värme, entropiskillnaden mellan dessa energiformer kan användas för att bygga upp cellerna.

Totalt sett ökar alltså entropin.

Entropiskillnaden mellan dessa energiformer kan användas för att bygga upp cellerna.

Men minskar inte entropin, enligt uppgiften ?

Hur används entropiskillnaden mellan dessa energiformer för att bygga upp celler?

Man kan likna det vid t.ex. ett kylskåp. Att luften i ett kylskåp kyls ner är inte en spontan process, det leder till sänkning av entropin. Att omvandla elektrisk energi till värme är däremot en spontan process som leder till ökning av entropin. Med lite uppfinningsrikedom kan man kombinera dessa så att elektrisk energi bara kan bli till värme om luften i kylskåpet kyls ner. Dessa två processer kan alltså tillsammans leda till en ökning av entropin vilket då gör att man får ett fungerande kylskåp.

En organism fungerar på liknande sätt. Att bygga upp stora makromolekyler i våra celler sker via icke-spontana reaktioner där entropin minskar. Att ”förbränna” socker, fett och andra energirika näringsämnen är däremot spontana processer som ökar entropin. Naturen har, likt fallet med kylskåpet, kombinerat dessa så att man får ett system där entropin i sin helhet ökar.

Det är vad som sker i djur och andra konsumenter. Växter och andra producenter fungerar lite annorlunda, för de får sin energi från solljus istället men principen är samma där.

Om man gör en energibalans över (nästan) alla ekosystem på jorden skulle resultatet bli att solljus tas upp medan värme avges. Detta är en spontan process och spontaniteten utnyttjas för att bygga upp organismerna genom icke-spontana processer. 

Teraeagle skrev:

 Att luften i ett kylskåp kyls ner är inte en spontan process, det leder till sänkning av entropin. Att omvandla elektrisk energi till värme är däremot en spontan process som leder till ökning av entropin.

Hur vet man om det sker en sänkning eller ökning av entropin? Finns det något sätt att ta reda på detta?

Om jag fattat rätt:

Entropiökningen (när energirika näringsämnen "förbränns") är större än entropiminskningen (när makromolekyler bildas). Antar att delta H måste vara negativt (exoterm reaktion när celler bildas) då delta G (Gibbs energi) måste bli negativt för att det ska vara en spontan reaktionen?

Entropi är ett slags mått på hur utspridd energin är i universum. Termodynamikens andra huvudsats säger att ingen spontan process får leda till sänkning av universums entropi.

I mitt exempel med kylskåpet är det ganska lätt att förstå hur pass utspridd energin är. När man värmer upp luften börjar molekylerna röra sig fortare vilket gör energin mer utspridd. Kyls luften istället ner minskar rörelserna och blir det tillräckligt kallt binds molekylerna till varandra och blir en vätska (kondensering), vilket verkligen sänker entropin.

Man kan ha en lokal sänkning av entropin, i det man brukar kalla "systemet" - i detta fall ett kylskåp. Termodynamikens andra huvudsats bryr sig bara om universum, alltså systemet och omgivningen. Så länge vi för ut tillräckligt mycket värme till omgivningen så kan vi få en positiv entropiökning hos universum, en spontan process och ett fungerande kylskåp.

Det är lite krångligare att förstå om entropin ökar eller minskar vid en kemisk reaktion. Om vi tar ett djur som exempel, så får den energi från cellandningen. All denna energi lämnar oss förr eller senare som värme, vilket innebär att vi värmer upp omgivningen som då får högre entropi (likt fallet med kylskåpet). Detta innebär att vi kan ha processer i vår kropp som leder till en sänkt entropi. Kom ihåg att det är summan av omgivningens och systemets entropiändring som är intressant. 

Att bygga upp makromolekyler som proteiner, DNA, triglycerider m.m. som vår kropp består av sänker entropin i systemet (vår kropp). Det som händer är mindre molekyler som aminosyror, nukleotider osv. bildar större molekyler. De små molekylerna kan vara mer utspridda, alltså bidra till att energin sprids ut mer, jämfört med när de sitter ihop i en enda stor molekyl. Därför leder dessa processer som bygger upp våra kroppar (anabola reaktioner) till en sänkning av entropin. Men detta vägs upp av entropiökningen hos omgivningen.