Thermodynamik

Die Thermodynamik ist ein Teilbereich der Chemie bzw. Physik. Sie beschäftigt sich mit der Energieänderung in chemischen Systemen.

Wenn in einem System, wie einer Zelle, eine chemische Reaktion stattfindet, dann ändert sich in diesem System die Energie im Normalfall. Der Grund dafür ist, dass die Produkte eine andere Energie aufweisen als die Edukte (Reaktanten).

In biologischen System in denen sowohl Temperatur als auch Druck konstant sind, wird die Energieänderung als Änderung der Enthalpie bezeichnet (ΔH). 

Ein weiterer wichtiger Parameter in der Thermodynamik ist die Änderung der Entropie (ΔS). Die Entropie ist ein Maß für die Unordnung in einem System. 

Kombiniert ergeben Enthalpie (Endzustand) und Entropie (Anfangszustand) die freie Enthalpie (ΔG). Die freie Enthalpie ist dabei diejenige Energie, die zur Verrichtung von Arbeit genutzt werden kann.

Es gilt: ΔG = ΔH – ΔS

Vereinfacht gesagt: ΔG ist das Ergebnis der freien Energie der Produkte minus der freien Energie der Reaktanten. Im Grunde gibt es 3 Möglichkeiten:

• ΔG < 0: die freie Energie der Produkte ist geringer als die freie Energie der Reaktanten. Diese Reaktion kann spontan ablaufen, sie wird deshalb als exergonisch oder exergon bezeichnet.
• ΔG > 0: die freie Energie der Produkte ist höher als die freie Energie der Reaktanten. Diese Reaktion kann nicht spontan ablaufen, sie wird deshalb als endergonisch bezeichnet.
• ΔG = 0: Die freie Energie bleibt unverändert, die Reaktion befindet sich in einem Equilibrium. Da das Equilibrium dynamisch ist endet die Reaktion hier nicht. Es bedeutet lediglich, dass wenn eine gewisse Anzahl an Reaktanten in Produkte verwandelt wird, die gleiche Anzahl an Produkten wieder zurück in Reaktanten verwandelt wird.

Quellen

1 Mougios, V. (2006). Exercise biochemistry. Human Kinetics.