Kimyasal Termodinamik

KİMYASAL TERMODİNAMİK KAVRAMLARI
Canlı hücredeki reaksiyonlar

Canlı hücredeki reaksiyonların çoğu, beş genel kategoriden birine uyar:

ter002   ter004

Fonksiyonel grup transferi
ter006

Oksidasyon-redüksiyon
ter008

ter010
Bir veya daha fazla karbon atomu çevresindeki bağ yapısının yeniden düzenlenmesi
ter012

C¾C bağlarını oluşturan veya yıkan reaksiyonlar
ter014

Bir molekül su çıkışıyla iki molekülün kondensasyonu reaksiyonları
ter016

Genel olarak biyokimyasal reaksiyonlarda, nükleofiller ile elektrofiller arasındaki etkileşimden kimyasal bağlar oluşur veya mevcut bağlar yıkılarak yenileri oluşturulur.
ter018
Nükleofiller, elektrondan zengin ve bunları verme yeteneğinde olan atom veya atom gruplarıdır

ter020
Elektrofiller, elektronları eksik ve elektron elde etmeye çalışan atom veya atom gruplarıdır.
ter022
Genel olarak biyokimyasal reaksiyonlarda, olaya katılan maddelerin termodinamik özellikleri denen bazı özelliklerde değişmeler olur.
Termodinamik özellikler ve aralarındaki ilişkiler, termodinamik adı verilen ayrı bir bilim dalında incelenir.

Termodinamik

Termodinamikte bir organizma, bir hücre veya birbiri ile reaksiyona giren iki madde, sistem olarak tanımlanır. Bir sistem, bir çevre içinde yer almaktadır. Sistem ve çevrenin ikisi birlikte de evreni oluştururlar.
ter024
Çevre ile enerji ve madde alışverişlerindeki ilişkilere göre izole, kapalı ve açık olmak üzere üç farklı sistem türü tanımlanır.
ter026
İzole sistemlerde çevre ile enerji ve madde alışverişi olmaz.
ter028
ter030
Kapalı sistemlerde çevre ile enerji alışverişi olur, fakat madde alışverişi olmaz.
ter032
ter034
Açık sistemlerde çevre ile hem enerji hem madde alışverişi olur.
ter036
ter038
Termodinamik özellikler:

ter040
Kimyasal reaksiyonlar sırasında reaksiyona katılan maddeler (reaktantlar, substratlar) ve reaksiyon sonunda oluşan maddelerin (ürünler) enerjilerinde, entalpilerinde, entropilerinde, serbest enerjilerinde değişimler olmaktadır.  

Enerji (E), iş yapma kabiliyetidir.
Enerji birimi jouledür (J).
kalori (cal) de enerji birimi olarak kullanılır.
(1 cal=4,187 J)
ter042
Bir molekülün enerjisi, nükleus içi enerjileri ve moleküler elektronik, translasyonal, rotasyonal, vibrasyonal enerjileri kapsar.
ter044
Kimyasal reaksiyonlar sırasında substratlar ve ürünlerdeki enerji değişimi (DE) olarak ifade edilir.
ter046
Entalpi (H), enerji ile ilişkili bir durum fonksiyonudur. Kimyasal reaksiyonlarda reaksiyon sisteminin ısı içeriğini tanımlar.
ter048
Sistemin volüm artışı veya volüm azalmasından başka iş yapılmazsa  Entalpi değişikliği (DH),  çevreden alınan veya çevreye verilen ısı miktarıdır.
ter050
Bir kimyasal reaksiyon sırasında çevreye ısı yayılıyorsa, DH negatif (-) ve reaksiyon ekzotermik reaksiyondur.
ter052
Bir kimyasal reaksiyon sırasında çevreden ısı alınıyorsa, DH pozitif (+) ve reaksiyon endotermik reaksiyondur.
ter054
Termodinamiğin birinci yasası
Bir sistemin enerjisinde herhangi bir değişiklik çevrede eşit ve zıt bir değişikliği gerektirir.
Herhangi fiziksel veya kimyasal değişimde enerjinin biçimi değişebilir, fakat evrendeki total enerji miktarı sabit kalır.
ter055
Entropi (S), kimyasal bir sistemin komponentlerinin rasgelelik veya düzensizliğidir. ter057
Sistemin düzensizliğinde herhangi bir değişiklik entropi değişikliği (DS) olarak ifade edilir.
ter059
Sistemin düzensizliğinin artması (düzenliliğin azalması) durumunda  DS’nin değeri pozitifdir (+).
Sistemin düzensizliğinin azalması (düzenliliğin artması) durumunda  DS’nin değeri negatifdir (-).
ter061
Termodinamiğin ikinci yasası
Kendiliğinden gerçekleşen herhangi bir süreçte sistem ve çevrenin total entropisi artar.
“Evren kaçınılmaz olarak düzenli durumdan daha düzensiz duruma gider.”
ter062
Termodinamiğin üçüncü yasası
0oK sıcaklıkta entropi sıfırdır
ter064
Serbest enerji (G), sistemin iş yapmak için kullanılabilir enerjisidir.
Sistemin serbest enerjisinde değişiklik bir iş yapılmasıyla birlikte olur. Bu iş kimyasal iş veya kimyasal enerji şeklinde olabilir.
ter065
Canlılarda enerji dönüşümü ve bu dönüşümün gerçekleşmesini sağlayan biyokimyasal olayların tümü biyoenerjetikler olarak adlandırılmaktadır.
Serbest enerji değişikliği DG sembolü ile ifade edilir.
Gibbs serbest enerjisi olarak da bilinen serbest enerji,  entalpi (H) ve entropinin (S) bir fonksiyonu olarak ifade edilebilir. T mutlak sıcaklık (oK) olduğuna göre:
ter066
ter068
Kimyasal reaksiyonlar için 298oK (25oC) sıcaklık, 1 atmosfer basınç, pH=0 ([H+]=1M) ve her komponent için 1 M konsantrasyon şartları, standart şartlar olarak belirlenmiştir.
Biyokimyasal reaksiyonların çoğu, pH=7’ye yakın olacak şekilde iyi tamponlanmış sulu çözeltilerde meydana gelir; hem pH, hem de suyun konsantrasyonu sabit kalır.
Biyokimyacılar tarafından belirlenen standart durumda pH=7 ([H+]=10-7M) ve suyun konsantrasyonu 55,5 M’dır.

ter070
Bir reaksiyon için standart şartlar altında serbest enerji değişikliği standart serbest enerji değişikliği olarak tanımlanır ve bu, DGo sembolü ile gösterilir.
Biyokimyasal standart duruma dayanan fiziksel değerler, kimyacılar ve fizikçiler tarafından kullanılanlardan ayırtetmek için üs işareti ile yazılır.

ter072
ter74